KR100258519B1

KR100258519B1 - Unidirectional fluid valve

Info

Publication number: KR100258519B1
Application number: KR1019940704287A
Authority: KR
Inventors: 다니엘에이.저펀티치; 보우근비.그래니스; 해롤드제이.세팰러; 앤소니비.퍼거슨
Original assignee: 스프레이그 로버트 월터; 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 2000-06-15
Also published as: EP0737489B1; AU3445995A; EP0737489A2; EP1640043A3; US20070119459A1; DE69334226D1; AU680382B2; KR950701537A; US7493900B1; EP0737489A3; US5325892A; EP1640043A2; US7428903B1

Abstract

본 발명은 밸브(14)가 닫힌 사태로 있을 때 밸브 시이트(26)의 만곡된 밀봉 릿지(30)와 접촉하는 가요성 플랩(24)를 구비하는 여과식 안면 마스크(10)용 호기 밸브(14)에 관한 것이다. 밀봉 릿지(30)의 만곡부는, 일단부가 외팔보로서 고정되고 자유부는 균일한 힘 또는 적어도 그 자유부의 중량과 동일한 힘에 노출된 가요성 플랩(24)에 의해 형성된 변형 곡선과 일치한다. 밀봉 릿지 만곡부는 가요성 플랩(24)이 양호한 밀봉을 제공하도록 밀봉 릿지상에 거의 균일한 압력을 가하게 하는 균일한 힘에 노출된 가요성 플랩과 일치한다. 적어도 플랩의 자유부의 중량과 동일한 힘에 노출된 가요성 플랩과 일치하는 밀봉 릿지 만곡부는 가요성 플랩(24)이 최소한의 힘에 의해 정적 상태하에서 밀봉 릿지(30)에 대하여 접한 관계로 유치되도록 하여, 호기하는 동안에 안면 마스크에 특별한 저압을 제공한다.The present invention provides an exhalation valve 14 for a filtration face mask 10 having a flexible flap 24 that contacts the curved sealing ridge 30 of the valve seat 26 when the valve 14 is in a closed situation. ). The curvature of the sealing ridge 30 coincides with the deformation curve formed by the flexible flap 24 whose one end is fixed as a cantilever and the free part is exposed to a uniform force or at least equal to the weight of the free part. The sealing ridge curve coincides with the flexible flap exposed to a uniform force that causes the flexible flap 24 to apply a nearly uniform pressure on the sealing ridge to provide good sealing. The sealing ridge curve, coincident with the flexible flap exposed to a force equal to at least the weight of the free portion of the flap, allows the flexible flap 24 to be held in contact with the sealing ridge 30 under static conditions with minimal force. This gives the facial mask a special low pressure during exhalation.

Description

[발명의 명칭][Name of invention]

일방향 유체 밸브 및 여과식 안면 마스크One-way fluid valve and filtered face mask

[기술분야][Technical Field]

본 발명은 (i) 여과식 안면 마스크용 호기(呼氣) 밸브로 사용될 수 있는 일방향 유체 밸브와, (ii) 호기 밸브를 채용한 여과식 안면 마스크와, (iii) 일방향 유체 밸브를 제조하는 제조 방법에 관한 것이다.The present invention provides a process for producing (i) a one-way fluid valve that can be used as an exhalation valve for a filter face mask, (ii) a filter face mask employing an exhalation valve, and (iii) a one-way fluid valve. It is about a method.

[발명의 배경][Background of invention]

호기 밸브는 여러 해 동안 여과식 안면 마스크상에 사용되어 왔으며, 예컨대 미합중국 특허, 제4,981,134호, 제4,974,586호, 제4,958,633호, 제4,934,362호, 제4,838,262호, 제4,630,604호, 제4,414,973호, 및 제2,999,498호에 개시되어 있다. 특히, 미합중국 특허 제4,934,362호에는 포물선 형상의 둥근 밀봉 릿지를 가지는 밸브 시이트에 고정된 가요성 플랩(flexible flap)을 구비한 일방향 호기 밸브가 개시되어 있다. 가요성 플랩은 포물선형 만곡부의 꼭대기에서 밸브 시이트(valve seat)에 고정되어, 밸브가 닫힌 상태로 있을때는 둥근 밀봉 릿지 상에 놓여 있다. 안면 마스크 착용자가 숨을 내쉬면, 호기된 공기가 밀봉 릿지로 부터 가요성 플랩의 자유 단부를 들어올려, 호기된 공기가 안면 마스크 내측으로부터 배출되도록 한다. 미합중국 특허 제4,934,362호에는, 이런 구조의 호기 밸브가 여과식 안면 마스크에 훨씬 더 낮은 압력 강하를 제공한다는 것이 개시되어 있다.Exhalation valves have been used on filtration face masks for many years and are described, for example, in US Patents 4,981,134, 4,974,586, 4,958,633, 4,934,362, 4,838,262, 4,630,604, 4,414,973, and 2,999,498. In particular, US Pat. No. 4,934,362 discloses a one-way exhalation valve having a flexible flap secured to a valve sheet having a parabolic round sealing ridge. The flexible flap is secured to the valve seat at the top of the parabolic curve and lies on the round sealing ridge when the valve is closed. As the face mask wearer exhales, the exhaled air lifts the free end of the flexible flap from the sealing ridges, causing exhaled air to escape from inside the face mask. US Patent No. 4,934,362 discloses that an exhalation valve of this structure provides a much lower pressure drop in a filtration face mask.

[발명의 요약][Summary of invention]

제1 특징에 있어서, 본 발명은, 제1부분과 제2부부을 구비하며, 제1부분은 측면에서 보았을때 오목한 만곡부를 가지는 밀봉 릿지(seal ridge)와 오리피스를 구비하는 밸브 시이트(valve seat)에 부착되며, 유체가 오리피스를 통과하지 않는 경우에는 가요성 플랩은 밀봉 릿지의 오목한 만곡부와 접촉하며, 유체가 오리피스를 통과하는 경우에는 제2부분이 밀봉 릿지로부터 자유롭게 들어올려지는 가요성 플랩을 제공하며,In a first aspect, the present invention provides a valve seat having a seal ridge and an orifice having a first portion and a second portion, the first portion having a concave curved portion when viewed from the side. The flexible flap contacts the concave bend of the sealing ridge if the fluid does not pass through the orifice and provides a flexible flap that freely lifts the second portion out of the sealing ridge when the fluid passes through the orifice. ,

(i) 소정 길이의 변형 곡선에 수직으로 작용하는 균일한 힘, (ii) 가요성 플랩의 제2 부분의 질량과 적어도 1배의 중력 가속도의 곱과 같은 크기를 가지며 중력 방향으로 작용하는 힘, 또는 (i)과 (ii)의 조합 힘에 노출된 경우에 그 가요성 플랩의 제2부분에 의해 나타나는 변형 곡선에 대응하는 오묵한 만곡부를 포함하는 그러한 가요성 플랩을 구비하는 일방향 유체 밸브를 제공한다.(i) a uniform force acting perpendicular to the deformation curve of a predetermined length, (ii) a force acting in the direction of gravity, having a magnitude equal to the product of the mass of the second portion of the flexible flap and at least one times the acceleration of gravity, Or a one-way fluid valve with such a flexible flap comprising a recessed curve corresponding to the deformation curve exhibited by the second portion of the flexible flap when exposed to the combined forces of (i) and (ii). do.

제2특징에 있어서, 본 발명은According to a second aspect, the present invention

(a) 사람의 코와 입을 덮기에 적합한 마스크 본체와,(a) a mask body suitable for covering a person's nose and mouth,

(b) 마스크 본체에 부착된 호기 밸브를 구비하며, 호기 밸브는 (1) (i) 유체가 통과하는 오리피스와, (ii) 오리피스를 둘러싸며, 측면에서 보았을때 오목한 만곡부를 가지며 이 만곡부의 꼭대기가 만곡부의 외측 극단에 대하여 오리피스를 통과하는 유체 흐름에 대해 상류에 위치하는 밀봉 릿지를 구비하는 밸브 시이트와;(b) an exhalation valve attached to the mask body, the exhalation valve having (1) (i) an orifice through which the fluid passes, and (ii) an orifice that surrounds the orifice and has a concave bend when viewed from the side A valve seat having a sealing ridge located upstream to the fluid flow passing through the orifice with respect to the outer extreme of the bend;

(2) 오리피스에 의해 둘러싸인 구역 외부에서 밸브 시이트에 부착되는 제1부분과, 밸브가 닫힌 상태로 있을 때 밀봉 릿지의 오목한 만곡부를 이루며, 유체가 오리피스를 통과할 때 밀봉 릿지로부터 자유롭게 들어올려지는 제2 부분을 포함하는 가요성 플랩을 구비하는 여과식 안면 마스크를 제공한다.(2) a first portion attached to the valve seat outside the area surrounded by the orifice, and a concave bent portion of the sealing ridge when the valve is in a closed state, and freely lifting from the sealing ridge as the fluid passes through the orifice. A filterable facial mask is provided having a flexible flap that includes two portions.

제3특징에 있어서, 본 발명은 (a) 통과하는 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 여과 매체와, 유체가 여과매체를 통과하지 않고 배출되도록 하고 여과식 안면 마스크가 착용자 안면의 코와 입을 덮어서 위치될 때 실질적으로 착용자 입의 바로 전방에 위치되는 개구부를 구비하는 사람의 코와 입을 덮기에 적합한 형상의 마스크 본체와, (b) 개구부 위치에서 마스크 본체에 부착되며, 오리피스와 밀봉 릿지를 포함하는 밸브 시이트 및 가요성 플랩을 구비하며, 이 가용성 플랩은 제1단부에서 밸브 시이트에 부착되어, 호기 밸브가 닫힌 상태인 경우에는 밀봉 릿지에 맞대어 있고, 유체가 호기 밸브를 통과하는 경우에는 밀봉 릿지로부터 들어올려지는 제2 자유 단부를 포함하는 호기 밸브를, 구비하는 여과식 안면 마스크를 제공하는바, 유체 투과성인 그 안면 마스크는 통상의 호기 실험하에서 공기가 적어도 8m/s 속도로 여과식 안면 마스크내로 통과할 때 부압 강하(negative pressure drop)를 나타낸다.In a third aspect, the present invention provides a method for removing contaminants from a passing fluid, and allowing the fluid to be discharged without passing through the filter medium, and wherein a filter face mask is placed covering the nose and mouth of the wearer's face. A valve body of a shape suitable for covering the nose and mouth of a person having an opening positioned substantially directly in front of the wearer's mouth, and (b) a valve seat attached to the mask body at the opening position and comprising an orifice and a sealing ridge And a flexible flap, wherein the fusible flap is attached to the valve seat at the first end, against the sealing ridge when the exhalation valve is closed, and lifted from the sealing ridge when the fluid passes through the exhalation valve. The present invention provides a filterable face mask having an exhalation valve comprising a second free end, the fluid permeable inside The mask represents the negative pressure drop (negative pressure drop) when air is passed into the purifying face mask of at least 8m / s under a normal exhalation test speed.

제4특징에 있어서, 본 발명은 (a) 측면에서 보았을 때 오목한 만곡부를 가지는 밀봉 릿지로 둘러싸인 오리피스를 구비하는 밸브 시이트로서, 그 오목한 만곡부는 외팔보(cantklever)로서 표면에 고정된 제1부분과, 균일한 힘, 질량과 적어도 1배의 중력 가속도의 곱과 같은 크기의 힘, 또는 이러한 힘의 조합에 노출되는 고정되지 않은 제2부분을 구비하는 가요성 플랩에 의해 형성된 변형 곡선에 대응하는 그러한 밸브 시이트를 제공하는 단계와; (b) (i) 유체가 오리피스를 통과하지 않을 경우에는 가요성 플랩이 밀봉 릿지와 접촉하고, (ii) 유체가 오리피스를 통과하는 경우에는 부착된 가요성 플랩이 밀봉 릿지로부터 자유로이 들어 올려지도록 밸브 시이트에 가요성 플랩의 제1부분을 부착하는 단계를 포함하는 일방향 유체 밸브 제조 방법을 제공한다.According to a fourth aspect, the present invention provides a valve sheet having an orifice surrounded by a sealing ridge having a concave curved portion when viewed from the side (a), the concave curved portion being a cantklever and having a first portion fixed to the surface; Such a valve corresponding to a deformation curve formed by a flexible flap having a uniform force, a force of magnitude equal to the product of mass and at least one gravitational acceleration, or an unfixed second portion exposed to a combination of these forces Providing a sheet; (b) (i) if the fluid does not pass through the orifice, the flexible flap contacts the sealing ridge; (ii) if the fluid passes through the orifice, the attached flexible flap lifts freely from the sealing ridge. A method of making a one-way fluid valve comprising attaching a first portion of a flexible flap to a sheet.

여과식 안면 마스크는 안전하고 착용하기에 편리해야 한다. 안전을 위하여, 안면 마스크는 오염물이 호기 밸브를 통해 안면 마스크의 내부로 들어가지 않도로 해야하고, 편리하게 하기 위하여는, 안면 마스크는 가능한 한 많은 비율의 호기 공기를 최소한의 노력으로 호기 밸브르르 통해 배출할 수 있어야 한다. 본 발명은 호기 밸브가 어떤 방향으로서든 밸브 시이트를 실질적으로 균일하게 밀봉 하도록 하는 가요성 플랩을 구비함으로써 안전한 호기 밸브를 제공한다. 본 발명은 (1) 여과식 안면 마스크 내부의 호기 압력을 최소화하고, (2) 어떤 환경에서도(호기 공기가 여과 매체를 통과하게하는 것과 반대로) 호기 밸브를 통해 많은 비율의 호기 공기를 배출하고, (3) 안면 마스크내로 차거운 주위 공기의 정비 흐름(net flow)을 발생시키기 위하여 호기하는 동안에 여과식 안면 마스크 내부에 부압을 제공함으로써 착용자의 불편함을 해소하도록 돕는다.Filtered face masks should be safe and convenient to wear. For safety, the face mask should prevent contaminants from entering the inside of the face mask through the exhalation valve, and for the sake of convenience, the face mask uses as much proportion of exhaled air as possible through the exhalation valve with minimal effort. It must be possible to discharge it. The present invention provides a safe exhalation valve by having a flexible flap that allows the exhalation valve to seal the valve sheet substantially uniformly in any direction. The present invention provides for (1) minimizing the exhalation pressure inside the filtration face mask, and (2) releasing a large proportion of exhaled air through the exhalation valve in any environment (as opposed to allowing exhaled air to pass through the filtration media), (3) Helps to relieve the wearer's discomfort by providing negative pressure inside the filter face mask during exhalation to produce a net flow of cold ambient air into the face mask.

본 발명의 제1 및 제2 특징에 있어서, 가요성 플랩이 밸브 시이트의 밀봉 릿지상에 실질적으로 균일한 힘을 가하는 일방향 유체 밸브가 제공된다. 표면에 가요성 플랩의 제1부분을 부착하고 외팔보 빔으로서 가요성 플랩의 제2부분 또는 자유 부분을 현수되게 함으로서 실질적으로 균일한 힘이 얻어진다. 가요성 플랩의 제2부분 또는 자유 부분은 컴퓨터 시뮬레이션하에서, 가요성 플랩의 만곡부에 수직한 방향으로 가요성 플랩에 동일한 크기의 다수의 힘 벡터를 가함으로써 변형된다. 가요성 플랩의 제2부분은 변형 곡선이라 일컬어지는 특별한 만곡부를 이룬다. 면형 곡선은 궤적을 이루며, 그 궤적은 밸브 시이트 밀봉 릿지의 만곡부를 형성하는데 사용된다. 이 만곡부의 밸브 시이트는 가요성 플랩의 굽혀지는 것을 방지하며, 특정 위치에서는 밀봉 릿지와 거의 또는 전혀 접촉하지 않고 다른 위치에서는 너무강하게 접촉하는 것을 방지한다. 이 균일한 접촉 관계는 오염물의 유입을 방지함으로써 밸브를 안전하게 한다.In the first and second aspects of the invention, there is provided a one-way fluid valve in which the flexible flap exerts a substantially uniform force on the sealing ridge of the valve sheet. A substantially uniform force is obtained by attaching the first portion of the flexible flap to the surface and suspending the second or free portion of the flexible flap as a cantilever beam. The second or free portion of the flexible flap is deformed under computer simulation by applying multiple force vectors of equal magnitude to the flexible flap in a direction perpendicular to the bend of the flexible flap. The second part of the flexible flap forms a special curvature called a deformation curve. The planar curve constitutes a trajectory, which trajectory is used to form the curvature of the valve seat sealing ridge. The valve seat of this bend prevents bending of the flexible flap, preventing little or no contact with the sealing ridge in certain locations and too strong contact in other locations. This uniform contact relationship makes the valve safe by preventing contaminants from entering.

본 발명의 제1 및 제4 특징에 있어서, 호기 압력을 최소화하는 일방향 유체 밸브가 또한 제공된다. 이런 잇점은 어떤 방향에서든 가요성 플랩을 닫힌 상태로 유지시키는데 필요한 최소한의 힘을 확보함으로써 달성된다. 최소한의 플랩 폐쇄력은 가요성 플랩이 외팔보로서 일단부에 고정되어 자중으로 인해 굽혀질 때 가요성 플랩에 의해 형성된 변형 곡선에 상응하는 오목한 만곡부를 지닌 밀봉 릿지를 구비하는 밸브 시이트를 호기 밸브에 마련함으로써 얻어진다. 이 변형곡선에 대응하는 밀봉 릿지는 완전히 뒤집힌 경우에 호기 밸브가 폐쇄된 채로 유지될 수 있게 할뿐 아니라, 최소한의 힘으로 열리어 안면 마스크를 가로지른 압력 강하를 낮출 수 있도록 한다.In the first and fourth aspects of the invention, a one-way fluid valve is also provided that minimizes exhalation pressure. This advantage is achieved by securing the minimum force necessary to keep the flexible flap closed in any direction. The minimum flap closing force provides the exhalation valve with a valve seat having a sealing ridge with a concave curvature corresponding to the deformation curve formed by the flexible flap when the flexible flap is secured at one end as a cantilever and bent due to its own weight. It is obtained by. The sealing ridge corresponding to this deformation curve not only allows the exhalation valve to remain closed when fully inverted, but also to lower the pressure drop across the open face mask with minimal force.

본 발명의 제2특징에 있어서, 여과식 안면 마스크는 낮은 공기 흐름 저항력(airflow resistance force)을 나타내는 호기 밸브를 구비하며, 낮은 공기 저항력으로 인해 호기 밸브가 보다 용이하게 열린다. 이 잇점은, 본 발명에 따라, 밸브 오리피스로 둘러싸인 구역 외부에서 밸브 시이트에 가요성 플랩을 고정시킴으로써 달성되었다. 이런 구조의 호기 밸브는 가요성 플랩을 만곡된 밀봉 릿지로부터 보다 용이하게 들어올리는데, 그 이유는 가요성 플랩이 오리피스로 둘러싸인 구역 외부의 밸브 시이트에 장착될때 보다 큰 모멘트 아암(moment arm)을 얻을 수 있기 때문이다. 이런 구조의 호기 밸브의 다른 잇점은 호기 밸브가, 호기하는 동안에 공기 흐름에 대해 전체 오리피스를 개방할 수 있다는 점이다.In a second aspect of the invention, the filtration face mask has an exhalation valve exhibiting a low airflow resistance force, and the exhalation valve opens more easily due to the lower air resistance. This advantage was achieved according to the invention by fixing the flexible flap to the valve seat outside the region surrounded by the valve orifice. An exhalation valve of this structure lifts the flexible flap more easily from the curved sealing ridge because a larger moment arm can be obtained when the flexible flap is mounted on a valve seat outside the area enclosed by the orifice. Because there is. Another advantage of the exhalation valve of this structure is that the exhalation valve can open the entire orifice to air flow during exhalation.

상기 잇점 이외에도, 본 발명은 많은 비율의 호기 공기가 호기 밸브를 통해 배출되도록 하며, 초기 정압(positive pressure)으로 인해 밸브가 열린후, 여과식 안면 마스크 내부의 정압을 떨어뜨려 경우에 따라서는, 호기하는 동안에 부압이 되게한다. 이들 2가지 속성은 (i)안면 마스크를 착용할 때 착용자의 입이 실질적으로 직접 맞대이는 여과식 안면 마스크상에 본 발명의 호기 밸브를 위치시키고, (ii)호기 밸브의 오리피스를 바람직한 단면적으로 형성함으로써 달성된다. 유체 흐름 방향에 수직인 평면에서 보았을 때 본 발명의 호기 밸브가 약 2㎠이상의 단면적을 갖는 오리피스를 구비하고, 호기 밸브가 착용자 입의 실질적으로 바로 정면에서 여과식 안면 마스크상에 위치될 때, 통상의 호기 동안 여과식 안면 마스크의 내부에 낮은 부압이 발생될 수 있다.In addition to the above advantages, the present invention allows a large proportion of exhaled air to be exhausted through the exhalation valve, and in some cases, after the valve is opened due to the initial positive pressure, the static pressure inside the filter face mask is dropped. Let it be negative pressure while These two attributes are: (i) placing the exhalation valve of the present invention on a filter face mask where the wearer's mouth meets directly when wearing the face mask, and (ii) forming an orifice of the exhalation valve in the desired cross-sectional area Is achieved. When the exhalation valve of the present invention has an orifice having a cross-sectional area of at least about 2 cm 2 when viewed in a plane perpendicular to the direction of fluid flow, and when the exhalation valve is positioned on a filtration face mask substantially directly in front of the wearer's mouth, Low negative pressure may be generated inside the filter face mask during exhalation.

본 발명에 있어서, 적어도 40%의 호기 공기가 40ℓ/min의 공기 흐름 제적 및 낮은 호기 공기 속도로 24.5 파스칼 미만의 정압 강하로서 호기 밸브를 통해 안면 마스크로부터 배출될 수 있다. 높은 호기 공기 속도(오므려진 착용자의 입술로 인한)로, 여과식 안면 마스크 내부에 부압이 발생할 수 있다. 본 발명의 제3특징에 있어서, 부압을 나타내는 여과식 안면 마스크가 제공된다. 부압은 호기 공기의 100%이상의 용적(volume)이 호기 밸브를 통과하여 나가도록 하고 사람이 호기할 때 여과 매체를 통해 내측으로 주위 공기가 또한 통과하도록 한다. 이것은 다음번 흡입시 착용자가 착용자의 호흡기보다 습도가 낮고 산소 합유량이 높은 시원하고 신선한 주위 공기로 호흡하도록 한다. 주위 공기의 유입을 흡기(aspiration)라 일컬으며, 이것은 안면 마스크 착용자에게 향상된 편안함을 제공한다. 흡기 효과는 안경에 김이 서리는 것을 또한 감소시키는데, 그 이유는 여과 매체를 통해 안면 마스크로부터 호기 공기가 거의 배출되지 않기 때문이다. 흡기 효과의 발견은 매우 놀라운 것이었다.In the present invention, at least 40% of exhaled air can be exhausted from the face mask through the exhalation valve with a static pressure drop of less than 24.5 Pascals at an air flow volume of 40 l / min and a low exhalation air velocity. At high exhalation air velocities (due to the retracted wearer's lips), negative pressure may develop inside the filter face mask. In the third aspect of the present invention, a filtration face mask exhibiting a negative pressure is provided. Negative pressure causes a volume of at least 100% of exhaled air to pass through the exhalation valve and also allow ambient air to pass inwards through the filtration medium as a person exhales. This allows the wearer to breathe in cool, fresh ambient air at the next inhalation with lower humidity and higher oxygen uptake than the wearer's respirator. The inflow of ambient air is called aspiration, which provides improved comfort for face mask wearers. The inspiratory effect also reduces the frosting of the spectacles, since little exhalation air is exhausted from the face mask through the filtration medium. The discovery of the inspiratory effect was very surprising.

본 발명의 상기 신규한 특징과 잇점은 도면과 이하의 상세한 설명에서 보다 충분히 도시되고 설명되었는바, 동일한 참조 번호는 동일한 부품을 표시하는데 사용된다. 그러나, 도면과 상세한 설명은 예시만을 목적으로 한것으로, 본 발명의 사상을 부당하게 한정하지 않도록 읽어야 한다는 것을 이해해야 한다.The novel features and advantages of the present invention have been more fully shown and described in the drawings and the following description, in which like reference numerals are used to designate like parts. However, it is to be understood that the drawings and detailed description are for illustrative purposes only and should be read so as not to unduly limit the spirit of the invention.

[도면의 간단한 설명][Brief Description of Drawings]

제1도는 본 발명에 따른 여과식 안면 마스크(10)의 정면도.1 is a front view of the filter face mask 10 according to the present invention.

제2도는 제1도의 안면 마스크 본체(12)의 부분 단면도.2 is a partial cross-sectional view of the face mask body 12 of FIG.

제3도는 제1도의 3-3선을 따라 취한 호기 밸브(14)의 단면도.3 is a cross-sectional view of the exhalation valve 14 taken along line 3-3 of FIG.

제4도는 본 발명에 따른 밸브 시이트(18)의 정면도.4 is a front view of a valve seat 18 according to the invention.

제5도는 외팔보로서 현수되어 균일한 힘을 받는 가요성 플랩(24)의 측면도.5 is a side view of a flexible flap 24 suspended as a cantilever and subjected to uniform force.

제6도는 외팔보로서 현수되어 중력 가속도(g)를 받는 가요성 플랩(24)의 측면도.6 is a side view of a flexible flap 24 suspended as a cantilever beam and subjected to gravitational acceleration g.

제7도는 본 발명에 따른 밸브 덮개(50)의 사시도.7 is a perspective view of a valve cover 50 according to the present invention.

[바람직한 실시예의 상세한 설명]Detailed Description of the Preferred Embodiments

본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 명확을 기하기 위하여 특별한 용어를 사용한다. 그러나, 본 발명은 선택된 특별한 용어에 한정되지 않으며, 선택된 각각의 용어는 유사하게 작동하는 기술적 균등물을 모두 포함한다는 것을 이해해야 한다.In describing the preferred embodiment of the present invention, special terminology is used for the sake of clarity. However, it is to be understood that the invention is not limited to the particular terms selected, and that each term selected includes all equivalent technical equivalents.

제1도에는 본 발명에 따른 여과식 안면 마스크(10)가 예시되어 있다. 여과식 안면 마스크(10)는 호기 밸브(14)가 부착되어 있는 컵 형상의 마스크 본체(12)를 구비한다. 마스크 본체(12)는 호기된 공기가 여과층을 통과하지 않고 배출되는 개구부(도시 안됨)를 구비한다. 마스크 본체(12)상의 개구부의 바람직한 위치는 마스크를 착용할 때 착용자의 입의 바로 전방의 위치이다. 호기 밸브(14)는 그 개구부 위치에서 마스크 본체(12)에 부착된다. 호기 밸브(14)의 위치를 제외하고는, 마스크 본체(12)의 노출된 전체 표면은 흡기 공기에 대하여 반드시 유체 투과성이다.1, a filtration face mask 10 according to the present invention is illustrated. The filtration face mask 10 includes a cup-shaped mask body 12 to which an exhalation valve 14 is attached. The mask body 12 has an opening (not shown) through which exhaled air is discharged without passing through the filtration layer. The preferred position of the opening on the mask body 12 is the position just in front of the wearer's mouth when wearing the mask. The exhalation valve 14 is attached to the mask body 12 at its opening position. Except for the location of the exhalation valve 14, the entire exposed surface of the mask body 12 is necessarily fluid permeable to intake air.

마스크 본체(12)는 만곡된 반구형 형상이거나 원하는 다른 형성을 취할 수 있다. 예컨대, 마스크 본체는 제펀티치(Japuntich)에게 허여된 미합중국 특허 제4,827,924호에 개시된 안면 마스크와 같은 구조를 가지는 컵 형상의 마스크일 수있다. 마스크 본체(12)는 내측 성형층(16)과 외측 여과층(18)(제2도)을 구비할 수 있다. 성형층(16)은 마스크(10)에 대한 구조를 제공하고 여과층(18)을 지지한다. 성형층(16)은 여과층(18)의 내부 및/또는 외부에 위치될 수 있고, 예컨대, 컵형상내에 성형된 열접착성 섬유의 부직 웨브로 제조될 수 있다. 성형층은 공지된 공정에 따라 성형될 수 있다. 성형층(16)은 마스크에 대한 구조를 제공하고 여과층을 지지할 제1 목적으로 설계되었지만, 통상적으로 큰 입자를 여과할 수도 있다. 착용자의 안면에 안면 마스크를 알맞게 유지시키기 위하여, 마스크 본체의 스트랩(20), 묶는 끈(strings), 마스크 하니스(mask harness)등을 부착할 수 있다. 알루미늄과 같은 금속재의 휘기 쉬운 데드 소프트 밴드(pliable dead soft band;22)가 마스크 본체(12)에 마련되어 착용자의 코에 맞게 안면 마스크를 유지시키도록 형성된다.The mask body 12 may be curved hemispherical in shape or take any other formation desired. For example, the mask body may be a cup-shaped mask having the same structure as the face mask disclosed in US Pat. No. 4,827,924 to Japuntich. The mask body 12 may include an inner shaping layer 16 and an outer filtration layer 18 (FIG. 2). The shaping layer 16 provides a structure for the mask 10 and supports the filtration layer 18. The shaping layer 16 may be located inside and / or outside of the filtration layer 18 and may be made, for example, of a nonwoven web of heat-adhesive fibers molded into a cup shape. The shaping layer may be molded according to a known process. The shaping layer 16 is designed for the first purpose to provide a structure for the mask and to support the filtration layer, but may typically filter large particles. In order to properly maintain the face mask on the wearer's face, straps 20, strings, mask harnesses, etc. of the mask body may be attached. A flexible dead soft band 22 of a metallic material, such as aluminum, is provided in the mask body 12 to hold the face mask in line with the wearer's nose.

여과식 안면 마스크(10) 착용자가 호기할 때, 호기된 공기는 마스크 본체(12)와 호기 밸브(14)를 통과한다. 많은 비율의 호기된 공기가 마스크 본체(12)의 여과 매체 반대편에 있는 호기 밸브(14)를 통과할 때 가장 편안하다. 호기된 공기가 밸브 시이트(26)로 부터 가요성 플랩(24)을 들어 올림으로써 호기 밸브(14)를 통해 배출된다. 가요성 플랩(24)은 그 제1부분(28)에서 밸브 시이트(26)에 부착되고, 가요성 플랩(24)의 나머지 원형 연부는 호기하는 동안 밸브 시이트(26)로부터 자유롭게 들어올려진다. 본문에서 사용되는 용어인 "가요성"은 측면에서 보았을 때(제5도 참조) 플랩이 외팔보로서 일단부에 고정될 때 자체 지지되는 원호(arc) 형태로 변형되거나 굽어지는 것을 의미한다. 자체적으로 지지되지 않는 플랩은 수평면으로부터 약 90도 정도로 지면을 향하여 늘어지는 경향이 있다.As the wearer of the filtration face mask 10 exhales, the exhaled air passes through the mask body 12 and the exhalation valve 14. It is most comfortable when a large proportion of exhaled air passes through the exhalation valve 14 opposite the filtration media of the mask body 12. The exhaled air is discharged through the exhalation valve 14 by lifting the flexible flap 24 from the valve seat 26. The flexible flap 24 is attached to the valve sheet 26 at its first portion 28 and the remaining circular edge of the flexible flap 24 is lifted freely from the valve sheet 26 during exhalation. As used herein, the term "flexible" means that the flap is deformed or bent in the form of an arc that is self-supporting when the flap is fixed to one end as a cantilever when viewed from the side (see FIG. 5). Flaps that do not support on their own tend to droop towards the ground by about 90 degrees from the horizontal plane.

제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 밸브 시이트(26)는 유체가 밸브(14)를 통과하지 않을때 가요성 플랩(24)이 접촉하는 밀봉면(31)을 갖는 밀봉 릿지(30)를 구비한다. 오리피스(32)는 밀봉 릿지(30)에 대해 반경 방향 내측에 위치되어 밀봉 릿지(30)로 둘러싸인다. 오리피스(32)는, 밀봉 릿지(30)와 궁극적으로는 밸브(14)를 안정화시키는 가로 부재(34, cross-member)를 구비할 수 있다. 가로 부재(34)는 가요성 플랩(24)이 예컨대, 흡기하는 동안에 공기 역류로 인해 오리피스(32)내로 뒤집히는 것을 또한 방지한다. 측면에서 보았을 때, 가로 부재(34)는 그 표면이 밀봉면(31) 아래에서 약간 홈져있어서(그러나 정열될 수도 있는) 밀봉면(31)으로부터 가요성 플랩(24)이 들어올려지지 않도록 보장한다(제3도 참조).As shown in FIGS. 3 and 4, the valve seat 26 has a sealing ridge 30 having a sealing surface 31 that the flexible flap 24 contacts when fluid does not pass through the valve 14. ). The orifice 32 is located radially inward with respect to the sealing ridge 30 and is surrounded by the sealing ridge 30. The orifice 32 may have a cross-member 34, which stabilizes the sealing ridge 30 and ultimately the valve 14. The transverse member 34 also prevents the flexible flap 24 from turning over into the orifice 32 due to, for example, air backflow during intake. When viewed from the side, the transverse member 34 ensures that the surface is slightly recessed below (but may be aligned with) the flexible flap 24 from the sealing surface 31. (See Figure 3).

밀봉 릿지(30)와 오리피스(32)는 유체 흐름 방향에 수직인 평면에서 보았을 때 어떠한 형상이라도 취할 수 있다(제4도), 예컨대, 밀봉 릿지(30)와 오리피스(32)는 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형 등일 수도 있다. 밀봉 릿지(30)의 형상은 오리피스(32) 형상과 일치할 필요는 없다. 예컨대, 오리피스(32)는 원형일 수 있고 밀봉 릿지는 직사각형일 수 있다. 바람직하지 않은 오염물이 오리피스(32)를 통해 유입하는 것을 방지하기 위하여 밀봉 릿지(30)와 오리피스(32)의 경계를 형성하는 것 만이 필요하다. 그러나, 밀봉 릿지(30)와 오리피스(32)는 유체 흐름 방향을 마주하여 보았을 때 원형 단면을 가지는 것이 바람직하다. 마스크 본체(12)의 개구는 적어도 오리피스(32) 크기의 단면적을 가지는 것이 바람직하다. 물론, 가요성 플랩(24)은 오리피스(32) 보다 큰 면적을 덮으며, 적어도 밀봉 릿지(30)에 요성 플랩(24)은 오리피스(32)보다 큰 면적을 덮으며, 적어도 밀봉 릿지(30)에 의해 둘러싸인 크기의 면적을 갖는다. 오리피스(32)는 2 내지 6㎠의 단면적을 가지는 것이 바람직하며, 3 내지 4㎠의 단면적을 가지는 것이 보다 바람직하다. 이러한 크기의 오리피스는 안면 마스크에 따뜻하고 습한 호기 공기를 방출하도록 돕는 흡기 효과를 제공한다. 오리피스 크기의 상한은 흡기가 이루어질때 중요한데, 그 이유는, 오리피스가 크면, 주위 공기가 여과 매체를 통과하기 보다는 호기 밸브의 오리피스를 통해 안면 마스크 내로 들어가서, 불안전 호흡 상태를 초래할 가능성이 있기 때문이다.The sealing ridge 30 and the orifice 32 may take any shape when viewed in a plane perpendicular to the fluid flow direction (FIG. 4), for example, the sealing ridge 30 and the orifice 32 may be square, rectangular, It may be round, oval or the like. The shape of the sealing ridge 30 need not match the shape of the orifice 32. For example, orifice 32 may be circular and the sealing ridge may be rectangular. It is only necessary to form a boundary between the sealing ridge 30 and the orifice 32 to prevent undesirable contaminants from entering through the orifice 32. However, it is preferable that the sealing ridge 30 and the orifice 32 have a circular cross section when viewed facing the fluid flow direction. The opening of the mask body 12 preferably has a cross-sectional area of at least an orifice 32 size. Of course, the flexible flap 24 covers an area larger than the orifice 32, at least the sealing ridge 30 covers an area larger than the orifice 32, and at least the sealing ridge 30. It has an area of size surrounded by it. It is preferable that the orifice 32 has a cross-sectional area of 2 to 6 cm 2, and more preferably has a cross-sectional area of 3 to 4 cm 2. An orifice of this size provides an inspiratory effect to help the face mask release warm, humid exhaled air. The upper limit of the orifice size is important when intake is made, because the large orifice is likely to allow ambient air to enter the face mask through the orifice of the exhalation valve rather than through the filtration media, resulting in an unsafe breathing state.

제3도는 밀봉 릿지(30)에 맞대인 닫힌 상태와 점선(24a)으로 표시된 열린 상태의 가요성 플랩(24)을 도시한다. 밀봉 릿지(30)는 제3도 방향으로 보았을 때 오목한 만곡부를 구비한다. 이 오목한 만곡부는, 전술된 바와 같이, 가요성 플랩이 외팔보 빔으로서 고정되었을 때 가요성 플랩에 의해 나타나는 변형 곡선과 일치한다. 제3도에 도시한 오목한 만곡부는 변화가 자유롭고, 제3도의 측방향으로 대체로 직선을 따라 연장되는 것이 바람직하다. 유체는 화살표 (36)로 표시된 방향으로 호기 밸브(14)를 통과한다. 오목한 만곡부의 꼭대기는 오목한 만곡부의 외측 말단부에 대하여 환형 오리피스를 통과하는 유체 흐름의 상류에 위치된다. 환형 오리피스(32)를 통과하는 유체(26)는 플랩(24)의 자유 단부(38)가 밸브 시이트(26)의 밀봉 릿지(30)로부터 들어올려져 호기 밸브(14)를 열도록 가요성 플랩(24)에 힘을 가한다. 호기 밸브(14)는 마스크(10)가 제1도에 도시된 바와 같이 수직으로 위치될 때 가요성 플랩(24)의 자유 단부(38)가 고정 단부(28)아래에 위치되도록 안면 마스크(10)상으로 향하는 것이 바람직하다. 이것은 수분이 착용자의 안경상에 응결되는 것을 방지하도록 호기된 공기가 아래측으로 편향되도록 한다.3 shows the flexible flap 24 in the closed state against the sealing ridge 30 and in the open state indicated by the dashed line 24a. The sealing ridge 30 has a concave curved portion when viewed in the third degree direction. This concave curvature coincides with the deformation curve exhibited by the flexible flap when the flexible flap is fixed as a cantilever beam, as described above. The concave curved portion shown in FIG. 3 is free to change and preferably extends along a straight line generally in the lateral direction of FIG. The fluid passes through the exhalation valve 14 in the direction indicated by arrow 36. The top of the concave bend is located upstream of the fluid flow through the annular orifice with respect to the outer distal end of the concave bend. The fluid 26 passing through the annular orifice 32 causes the free end 38 of the flap 24 to be lifted from the sealing ridge 30 of the valve seat 26 to open the exhalation valve 14. 24). The exhalation valve 14 is a face mask 10 such that the free end 38 of the flexible flap 24 is positioned below the fixed end 28 when the mask 10 is positioned vertically as shown in FIG. 1. It is preferable to head to the phase. This allows exhaled air to deflect downwards to prevent moisture from condensing on the wearer's spectacles.

제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 밸브 시이트(26)는 밀봉 릿지(30)의 외측 말단부를 넘어 오리피스(32)에 의해 둘러싸인 구역 외부에 위치된 플랩 유지면(40) 구비한다. 플랩 유지면(40)은 적어도 오리피스(32) 폭 만큼 떨어져 밸브(14)를 가로지르는 것이 바람직하다. 플랩 유지면(40)은 밸브 시이트(26)를 가로지르는 방향으로 직선으로 연장될 수 있다. 플랩 유지면(40)은 적소에 가요성 플랩(24)을 유지하기 위한 핀(41)을 구비할 수 있다. 핀(41)이 밸브 시이트(26)에 가요성 플랩(24)을 고정시키기 위한 수단의 일부로서 사용되면, 가요성 플랩(24)은 대응하는 개구부를 구비하여 가요성 플랩(24)이 핀(41)위에 위치되고, 바람직하게는 플랩 유지면(40)에 대해 접한 관계로 유지되도록 한다. 가요성 플랩(24)은 초음파 융접, 접착, 기계적 고정 또는 다른 적절한 수단에 의해 플랩 유지면에 또한 부착될 수 있다.As shown in FIGS. 3 and 4, the valve seat 26 has a flap holding surface 40 located outside the region surrounded by the orifice 32 beyond the outer distal end of the sealing ridge 30. The flap retaining surface 40 preferably crosses the valve 14 at least as wide as the orifice 32. The flap holding surface 40 may extend in a straight line in the direction crossing the valve sheet 26. The flap holding surface 40 may include a pin 41 for holding the flexible flap 24 in place. If the pin 41 is used as part of the means for securing the flexible flap 24 to the valve seat 26, the flexible flap 24 has a corresponding opening such that the flexible flap 24 has a fin ( 41) and preferably in contact with the flap holding surface 40. The flexible flap 24 may also be attached to the flap holding surface by ultrasonic welding, gluing, mechanical fixing or other suitable means.

플랩 유지면(40)은 유체가 오리피스(32)를 통과하지 않을 때 밀봉 릿지(30)에 접한 관계(abutting relationship)로 가요성 플랩(24)을 가압하도록 밸브 시이트(40)상에 위치되는 것이 바람직하다. 플랩 유지면(40)은 측면에서 보았을 때 밀봉 릿지(30)의 만곡부에 대해 기울기를 가지고 밸브 시이트(26)상에 위치될 수 있다(제3도). 플랩 유지면(40)은 오리피스(32)와 밀봉 릿지(30)로부터 이격되어, 호기하는 동안에 플랩 방향으로 도움을 주는 모멘트 아암을 제공한다. 플랩 유지면(40)과 오리피스(32) 사이의 간격이 넓어질수록, 모멘트 아암은 더욱 길어지고 가요성 플랩(24)이 토크는 더욱 낮아지며, 따라서 호기된 공기의 힘이 가요성 플랩(24)에 가해지면 가요성 플랩(24)은 더욱 용이하게 열린다. 그러나, 유지면(40)과 오리피스(32)의 간격은 가요성 플랩이 자유로이 흔들릴 만큼 크지 않아야 한다. 오히려, 밸브가 닫힌 상태로 있을 때, 실질적으로 균일하게 밀봉되도록 밀봉 릿지(30)를 향해 가요성 플랩(24)를 가압하여야 한다. 플랩 유지면과 오리피스(32)의 가장 근접한 부분사이의 간격은 약 1 내지 3.5mm가 바람직하며, 1.5 내지 2.5mm가 보다 바람직하다.The flap retaining surface 40 is positioned on the valve seat 40 to press the flexible flap 24 in an abutting relationship when the fluid does not pass through the orifice 32. desirable. Flap retaining surface 40 may be positioned on valve seat 26 with a tilt relative to the bend of sealing ridge 30 when viewed from the side (FIG. 3). The flap retention surface 40 is spaced apart from the orifice 32 and the sealing ridge 30 to provide a moment arm that assists in the flap direction during exhalation. The wider the gap between the flap holding surface 40 and the orifice 32, the longer the moment arm and the lower the torque of the flexible flap 24, so that the force of exhaled air is the flexible flap 24. When applied, the flexible flap 24 opens more easily. However, the spacing between the holding surface 40 and the orifice 32 should not be large enough to allow the flexible flap to swing freely. Rather, when the valve is closed, the flexible flap 24 must be pressed against the sealing ridge 30 to seal substantially uniformly. The spacing between the flap holding surface and the closest portion of the orifice 32 is preferably about 1 to 3.5 mm, more preferably 1.5 to 2.5 mm.

오리피스(32)와 플랩 유지면(40) 사이의 간격은 가요성 플랩(24)이 밀봉 릿지(30)의 곡선을 보다 용이하게 형성하도록 가요성 플랩(24)에 전이 구역을 또한 제공한다. 가요성 플랩(24)는 공극 변화(tolerance variations)를 없애버릴 만큼 충분히 유연한 것이 바람직하다. 플랩 유지면(40)은 평면이거나 또는 만곡된 밀봉 릿지(30)의 연속된 연장부일 수 있다. 즉, 플랩 유지면은 가요성 플랩에 의해 나타내진 변형 곡선의 만곡된 연장부이다. 그러나, 이와 같이, 가요성 플랩(24)은 고정점과 밀봉 릿지(30)와 접촉하는 지점 사이에 전이 구역을 가지는 것이 바람직하다.The spacing between the orifice 32 and the flap holding surface 40 also provides a transition zone to the flexible flap 24 so that the flexible flap 24 more easily forms the curve of the sealing ridge 30. The flexible flap 24 is preferably flexible enough to eliminate tolerance variations. The flap retaining surface 40 may be planar or a continuous extension of the curved sealing ridge 30. In other words, the flap holding surface is a curved extension of the deformation curve represented by the flexible flap. As such, however, the flexible flap 24 preferably has a transition zone between the fixed point and the point of contact with the sealing ridge 30.

일체로 성형된 비교적 경량의 플라스틱으로 밸브 시이트(26)를 제조하는 것이 바람직하다. 밸브 시이트는 사출 성형 기술로 제조된다. 가요성 플랩(24)과 접촉하는 밀봉 릿지(30) 면(접촉면)은 실질적으로 균일하고 매끄럽게 형성되어 양호하게 밀봉되도록 보장하는 것이 바람직하다. 접촉면은 가요성 플랩(24)에 밀봉부를 형성할 만큼 넓은 것이 바람직하지만, 응축된 수분으로 인해 발생된 접착력이 가요성 플랩(24)이 열리는 것을 상당히 어렵게 할 만큼 넓지 않아야 한다. 접촉면의 폭은 적어도 0.2mm가 바람직하며, 약 0.25mm 내지 0.5mm 범위 내의 폭도 바람직하다.It is desirable to manufacture the valve seat 26 from a relatively lightweight plastic that is integrally molded. The valve sheet is manufactured by injection molding technology. The sealing ridge 30 surface (contact surface) in contact with the flexible flap 24 is preferably formed to be substantially uniform and smooth to ensure good sealing. The contact surface is preferably wide enough to form a seal in the flexible flap 24, but the adhesive force generated by the condensed water should not be wide enough to make it difficult to open the flexible flap 24 significantly. The width of the contact surface is preferably at least 0.2 mm and a width within the range of about 0.25 mm to 0.5 mm is also preferred.

가요성 플랩(24)이 표면 (40)에서 밸브 시이트(26)에 고정되어 있을 때, 밀봉 릿지(30)를 향해 편향될 수 있는 재료로 가요성 플랩(24)을 제조하는 것이 바람직하다. 가요성 플랩은 힘이 가해지지 않는 경우에는 평탄한 형상이고, 탄성 중합적(elastomeric)이며, 영구적인 비틀림(set) 및 크리프(creep)에 저항력이 있는 것이 바람직하다. 가요성 플랩은 표차 결합된 천연고무(예컨대, 교차 결합된 폴리이소프렌)와 같은 탄성 중합체 재료 또는 네오프렌, 브틸 고무, 니트릴 고무, 또는 실리콘 고무와 같은 합성된 탄성 중합체로 제조될 수 있다. 가요성 플랩으로서 사용될 수 있는 고무의 예는, 캘리포니아 오렌지에 소재하는 웨스트 아메리칸 러버 컴패니(West American Rubber Company)가 시판하는 합성물 번호 40R149와, 독일연방공화국 획스터에 소재하는 아리츠-옵티벨트-카게(Artiz-Optibelt-KG)가 시판하는 합성물 402A 및 330A와, 뉴욕 워터포드에 소재하는 제너럴 일렉트릭 컴패니(General Electric Company)가 시판하는 RTV-630을 포함한다. 바람직한 가요성 플랩은 70℃에서 24시간 동안 정적 상태하에서 밀봉 릿지에 접한 관계로 유지되기에 충분한 응력 완화성(stress relaxation)을 갖는다. 이런 조건하에서 응력 완화를 측정한 실험에 대한 유럽 규격(EN) 표준화(CEN) 위원회의 유럽 표준 140장 5조 3항 및 149장 5조 2항의 2를 참조하라. 가요성 플랩은 30 C.F.R §11.183-2(1991년 7월 1일)에 기재된 표준에 따라 누설이 없는 밀봉을 제공한다. 교차 결합된 폴리이소프렌이 바람직한데, 그 이유는 이것이 응력 완화 정도라 적기 때문이다. 가요성 플랩은 통상적으로 약 30 내지 50의 쇼어 A 경도를 갖는다.When the flexible flap 24 is secured to the valve seat 26 at the surface 40, it is desirable to make the flexible flap 24 from a material that can be biased toward the sealing ridge 30. The flexible flap is preferably flat in shape when no force is applied, and is elastomeric and resistant to permanent set and creep. Flexible flaps can be made of elastomeric materials, such as table-bonded natural rubber (eg, crosslinked polyisoprene) or synthetic elastomers such as neoprene, butyl rubber, nitrile rubber, or silicone rubber. Examples of rubbers that can be used as flexible flaps include compound number 40R149, commercially available from West American Rubber Company of Orange, California, and the Aritz-Optibelt-Cage of Schulter, Federal Republic of Germany. Composites 402A and 330A sold by Artiz-Optibelt-KG and RTV-630 sold by General Electric Company, Waterford, NY. Preferred flexible flaps have sufficient stress relaxation to remain in contact with the sealing ridge under static conditions at 70 ° C. for 24 hours. Refer to European Standards (EN) Standardization (CEN) Commission's European Standards, Chapter 140, Section 5, Section 3 and Chapter 149, Section 5, Section 2, 2, for the experiments measuring stress relief under these conditions. The flexible flap provides a leak free seal in accordance with the standards described in 30 C.F.R §11.183-2 (July 1, 1991). Cross-linked polyisoprene is preferred because it is small enough to relieve stress. Flexible flaps typically have a Shore A hardness of about 30-50.

가요성 플랩(24)는 거의 균일한 두께를 가지는 평탄한 재료판을 절단하여 형성할 수도 있다. 일반적으로, 판은 약 0.2 내지 0.8mm의 두께를 가지며, 보다 통상적으로는 0.3 내지 0.6mm의 두께를 가지며, 바람직하게는 0.35 내지 0.45mm의 두께를 갖는다. 가요성 플랩은 직사각형 형상으로 절단되는 것이 바람직하며, 밀봉 릿지와 접촉하며 밀봉 릿지(30)의 형상과 일치하도록 절단된 자유단부(38)를 구비한다. 예컨대, 제1도에 도시된 바와 같이, 자유 단부(38)는 원형 밀봉 릿지(30)에 대응하는 만곡된 연부(42)를 구비한다. 자유 단부(38)를 이와 같은 방식으로 절단함으로써, 자유 단부(38) 무게가 가벼워지고 그러므로, 호기하는 동안 밀봉 릿지(30)로부터 보다 용이하게 들어올려지고, 안면 마스크가 흡기하는 동안에는 보다 용이하게 닫힌다. 가요성 플랩(24)은 폭이 약 1cm이상인 것이 바람직하며, 폭이 약 1.2 내지 3cm의 범위내에 있는 것이 보다 바람직하며, 길이는 약 1 내지 4cm이다. 가요성 플랩의 고정된 단부는 통상적으로 가요성 플랩의 총 외주 연부의 약 10 내지 25%이며, 외부 연부의 75내지 90%는 밸브 시이트(26)로부터 자유로이 들어올려 진다. 본 발명의 바람직한 가요성 플랩은 폭이 약 2.4cm이고 길이가 약 2.6cm이며, 반경이 약 1.2cm인 둥근 자유 단부(38)를 구비한다.The flexible flap 24 may be formed by cutting a flat sheet of material having a substantially uniform thickness. In general, the plates have a thickness of about 0.2 to 0.8 mm, more typically 0.3 to 0.6 mm, and preferably 0.35 to 0.45 mm. The flexible flap is preferably cut into a rectangular shape and has a free end 38 in contact with the sealing ridge and cut to match the shape of the sealing ridge 30. For example, as shown in FIG. 1, the free end 38 has a curved edge 42 corresponding to the circular sealing ridge 30. By cutting the free end 38 in this manner, the free end 38 becomes lighter and therefore lifts more easily from the sealing ridge 30 during exhalation and closes more easily while the face mask is inspired. . The flexible flap 24 preferably has a width of at least about 1 cm, more preferably a width of about 1.2 to 3 cm, and a length of about 1 to 4 cm. The fixed end of the flexible flap is typically about 10-25% of the total outer circumferential edge of the flexible flap, with 75-90% of the outer edge freely lifting from the valve seat 26. Preferred flexible flaps of the present invention have a rounded free end 38 having a width of about 2.4 cm, a length of about 2.6 cm, and a radius of about 1.2 cm.

제1도 내지 제4도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 플랜지(43)는 밸브 시이트(26)로 부터 측면으로 연장되어 호기 밸브(14)가 마스크 본체(12)에 고정되는 표면을 제공한다. 플랜지(43)는 밸브 시이트(26)의 전체 둘레로 연장되는 것이 바람직하다. 마스크 본체(12)가 섬유질의 여과식 안면 마스크이면, 호기 밸브(14)는 초음파 융접, 접착 결합, 기계적 클램핑(clamping)등에 의해 플랜지(43)에서 마스크 본체(12)에 고정될 수 있다. 호기 밸브(14)는 여과식 안면 마스크(10)의 마스크 본체(12)에 초음파 융접되는 것이 바람직하다.As best shown in FIGS. 1-4, the flange 43 extends laterally from the valve sheet 26 to provide a surface on which the exhalation valve 14 is fixed to the mask body 12. The flange 43 preferably extends around the entirety of the valve seat 26. If the mask body 12 is a fibrous filtration face mask, the exhalation valve 14 may be secured to the mask body 12 at the flange 43 by ultrasonic welding, adhesive bonding, mechanical clamping, or the like. The exhalation valve 14 is preferably ultrasonically fused to the mask body 12 of the filtration face mask 10.

본 발명의 양호한 일방향 유체 밸브는 각각 자유 단부를 지닌 2개의 플랩을 구비하기 보다는 하나의 자유 단부(38)를 지닌 단일 가요성 플랩(24)를 구비하는 것이 유리하다. 하나의 자유 단부(38)를 지닌 단일 가요성 플랩(24)을 구비함으로써, 가요성 플랩(24)은 보다 긴 모멘트 아암을 구비할 수 있고, 그 모멘트 아암으로 인해 착용자가 호기한 공기의 동적 압력에 의해 밀봉 릿지(30)로 부터 보다 용이하게 들어 올려질 수 잇다. 하나의 자유 단부를 지닌 단일 가요성 플랩을 사용하면, 호기된 공기가 하방향으로 편향되어 착용자의 안경 또는 안면 보호구(즉, 용접용 헬밋)에 김이 서리는 것을 방지하는 잇점이 있다.Preferred one-way fluid valves of the present invention advantageously have a single flexible flap 24 with one free end 38 rather than two flaps each with a free end. By having a single flexible flap 24 with one free end 38, the flexible flap 24 can have a longer moment arm, which causes the dynamic pressure of the air exhaled by the wearer. It can be lifted more easily from the sealing ridge 30 by. The use of a single flexible flap with one free end has the advantage of preventing the exhaled air from deflecting downwards to prevent fog on the wearer's eyeglasses or face shield (ie, a welding helm).

제5도는 균일한 힘이 가하여져 변형된 가요성 플랩(24)을 예시한다. 가요성 플랩(24)은 제1 부분(28)에서 유지 억제 표면(46, hold-down surface)에 고정되고 외팔보 빔으로서 그것으로 부터 현수된 제2의 부분 또는 자유 부분을 구비한다. 표면(46)은 평면인 것이 바람직하며, 가요성 플랩(24)은 제1의 부분(28)의 전체 폭을 따라 그 평면에 고정되는 것이 바람직하다. 균일한 힘은 가요성 플랩의 만곡부에 수직 방향으로 각각 가해진 동일한 크기의 다수의 힘 켁터를 포함한다. 결과적인 변형 곡선은 밸브 시이트의 밀봉 릿지(30)의 만곡부를 형성하는데 사용되어 밀봉 릿지에 실질적으로 균일한 힘을 가하는 가요성 플랩을 제공한다.5 illustrates the flexible flap 24 deformed by applying a uniform force. The flexible flap 24 has a second portion or free portion fixed to the hold-down surface 46 at the first portion 28 and suspended therefrom as a cantilever beam. The surface 46 is preferably planar, and the flexible flap 24 is preferably secured to that plane along the entire width of the first portion 28. The uniform force includes a plurality of force centers of equal magnitude each applied in a direction perpendicular to the bend of the flexible flap. The resulting strain curve is used to form the curvature of the sealing ridge 30 of the valve sheet to provide a flexible flap that exerts a substantially uniform force on the sealing ridge.

실질적으로 균일한 밀봉력을 제공하는 밀봉 릿지(30)의 만곡부를 결정하기가 경험적으로 쉽지 않다. 그러나, 유한 요소 분석(finite element analysis)법을 이용하여 수치적으로 결정할 수 있다. 취해진 방법은 일단부가 고정된 가요성 플랩을 모델로 하여, 가요성 플랩의 자유 단부에 균일한 힘을 가하는 것이다. 가해진 힘 벡터는 가요성 플랩(24)의 만곡부에 수직으로 유지되는데, 이것은 가요성 플랩(24)에 의해 밀봉 릿지(30)에 가해진 밀봉력이 밀봉 릿지에 수직으로 작용하기 때문이다. 이 균일한 수직력을 받을 때 가요성 플랩(24)의 변형은 밀봉 릿지(30)의 오목한 만곡부를 형성하는데 사용된다.It is not empirically easy to determine the curvature of the sealing ridge 30 which provides a substantially uniform sealing force. However, it can be determined numerically using finite element analysis. The method taken is modeled on a flexible flap with one end fixed, and applying a uniform force to the free end of the flexible flap. The applied force vector remains perpendicular to the bend of the flexible flap 24 because the sealing force exerted on the sealing ridge 30 by the flexible flap 24 acts perpendicular to the sealing ridge. The deformation of the flexible flap 24 when subjected to this uniform vertical force is used to form the concave bend of the sealing ridge 30.

유한 요소 분석법을 이용하면, 일단부에 고정된 굴곡 빔(bending beam)으로서 2차원 유한 요소 모델로 가요성 플랩을 모델화할 수 있으며, 가요성 플랩의 자유 단부는 대략적인 기능이 내부에서 빔 변형을 나타내는데 사용되는 다수가 연결된 소구역(subregion) 또는 요소로 분할된다. 총 빔 변형은 개별적인 요소 반응(individual element behavior)의 선형 조합으로부터 유도된다. 가요성 플랩의 재료 특성은 그 모델에서 사용된다. 가요성 플랩 재료의 응력-변형 반응이 탄성 중합체 재료와 같이 비선형이면, 무니-리블린(Mooney-Rivlin) 모델(R. S. Rivlin and D. W. Saunders(1951), Phil. Trans, R. Soc, A243, 251-298 "Large Elastic Deformation of Isotropic Materials : VII Experiments on the Deformation of Rubber" 참조)이 사용될 수 있다. 무니 리블린 모델을 사용하기 위하여 실험 자료로부터 가요성 플랩의 응력/변형 반응을 나타내는 한 세트의 상수를 결정할 필요가 있다. 이들 상수는 2차원의 유한 요소 모델에 사용되는 무니 리블린 모델에 부여된다. 그 분석법은 편차가 큰, 비선형 분석법이다. 수치적 해답은 통상적으로 반복되는 해답인데, 그 이유는 힘 벡터가 표면에 수직으로 유지되기 때문이다. 해답은 선행의 힘 벡터를 기초로하여 계산된다. 힘 벡터의 방향이 갱신되어 새로운 해답이 계산된다. 편향된 형상은 예비 설정된 최소 공극 이상에 의해 하나로부터 다음번으로 반복적으로 변하지 않을 때 수렴된 해답이 얻어진다. 대부분의 유한 요소 분석 컴퓨터 프로그램은 균일한 힘이 궁극적으로는 노드 힘(nodal force)로 해석되는 요소 압력으로서 입력되거나 또는 노드 힘으로써 직접적으로 입력될 수 있게 한다. 노드 힘의 총 크기는 가요성 플랩의 자유 단부의 질량과 가요성 요소의 질량에 작용하는 중력 가속도나 원하는 중력 인자의 가속도의 곱과 동일할 수도 있다. 바람직한 중력 인자는 이하에서 설명된다. 가요성 플랩을 나타내는 편향된 노드의 최종 X, Y위치는 오목한 밀봉 릿지의 형상을 규정하도록 다항식에 적합한 곡선일 수 있다.Using finite element analysis, the flexible flap can be modeled in a two-dimensional finite element model as a bending beam fixed at one end, and the free end of the flexible flap has an approximate function of internal beam deformation. Many of which are used to represent are divided into subregions or elements connected together. Total beam deformation is derived from a linear combination of individual element behaviors. The material properties of the flexible flap are used in the model. If the stress-strain response of a flexible flap material is nonlinear, such as an elastomeric material, the Mooney-Rivlin model (RS Rivlin and DW Saunders (1951), Phil. Trans, R. Soc, A243, 251-) 298 "Large Elastic Deformation of Isotropic Materials: VII Experiments on the Deformation of Rubber". In order to use the Mooney Riblin model, it is necessary to determine from the experimental data a set of constants representing the stress / strain response of the flexible flap. These constants are given to the Mooney Riblin model used in the two-dimensional finite element model. The method is a nonlinear method with large deviations. The numerical solution is a commonly repeated solution because the force vector remains perpendicular to the surface. The solution is calculated based on the force vector of the preceding. The direction of the force vector is updated to calculate a new solution. The converged solution is obtained when the deflected shape does not change repeatedly from one to the next by more than a predetermined minimum void. Most finite element analysis computer programs allow a uniform force to be input either as elemental pressure, which is ultimately interpreted as nodal force, or directly as node force. The total magnitude of the node forces may be equal to the product of the mass of the free end of the flexible flap and the acceleration of gravity or the acceleration of the desired gravity factor acting on the mass of the flexible element. Preferred gravity factors are described below. The final X, Y position of the deflected node representing the flexible flap may be a curve suitable for the polynomial to define the shape of the concave sealing ridge.

제6도는 중량(g)에 의해 변형되는 가요성 플랩(24)을 도시한다. 가요성 플랩(24)은 단부(28)에 외팔보 빔으로서 단단한 본체(48) 표면(46)에 고정된다. 이런 방식으로 고정되기 때문에, 가요성 플랩(24)은 중력 가속도 g에 의해 발생된 변형 곡선을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 밸브 시이트 밀봉 릿지의 측면 만곡부는 중력 방향으로, 가요성 플랩(24)의 자유부의 질량과 적어도 1배의 중력 가속도 g의 곱과 크기가 같은 힘에 노출될 때의 가요성 플랩(24)의 변형 곡선과 일치하도록 형성될 수 있다.6 shows the flexible flap 24 deformed by weight g. The flexible flap 24 is secured to the rigid body 48 surface 46 as a cantilever beam at the end 28. Since fixed in this manner, the flexible flap 24 exhibits the deformation curve generated by the gravitational acceleration g. As described above, the side flap of the valve seat sealing ridge is in the direction of gravity a flexible flap when exposed to a force equal to the product of the mass of the free portion of the flexible flap 24 and at least one times the acceleration of gravity g. It may be formed to match the deformation curve of (24).

단위 중력 가속도 g는 9.807m/s²과 같도록 결정되었다. 1g에 노출된 가요성 플랩에 의해 형성된 변형 곡선과 일치하는 만곡부를 가지는 밀봉 릿지가 가요성 플랩을 닫힌 상태로 유지하기에 충분하지만, 밀봉 릿지가 1g이상, 바람직하게는 1.1 내지 2g에 의해 발생된 힘에 노출된 가요성 플랩에 의해 형성된 변형 곡선과 일치하는 만곡부를 구비하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 밀봉 릿지는 1.2 내지 1.5g에 의해 형성된 가요성 플랩의 변형 곡선과 일치하는 측면 만곡부를 구비한다. 밀봉 릿지는 1.3g에 의해 발생된 힘에 노출된 가요성 플랩에 의해 형성된 변형 곡선과 일치하는 측면 만곡부를 구비하는 것이 가장 바람직하다. 안면 마스크의 어떤 상태에서도, 밸브 시이트에 양호한 밀봉을 보장하도록 안전계수를 제공하고, 응축된 수분으로 인해 발생된 플랩 두께 변화와 부가적인 플랩 중량을 조절하는데 부가적인 중력 가속도가 이용된다.The unit gravitational acceleration g was determined to be equal to 9.807 m / s ² . Although sealing ridges with curvatures consistent with the deformation curve formed by the flexible flaps exposed to 1 g are sufficient to keep the flexible flaps closed, the sealing ridges may be generated by more than 1 g, preferably between 1.1 and 2 g. It is desirable to have a bend that coincides with the deformation curve formed by the flexible flap exposed to the force. More preferably, the sealing ridge has side curves that coincide with the deformation curve of the flexible flap formed by 1.2 to 1.5 g. Most preferably, the sealing ridge has side curves that coincide with the deformation curve formed by the flexible flap exposed to the force generated by 1.3 g. In any condition of the face mask, additional gravitational acceleration is used to provide a safety factor to ensure a good seal on the valve seat and to adjust the flap thickness variation and additional flap weight caused by condensed water.

실제로, 가요성 플랩에 1g을 초과하는 예비 하중(즉, 1.1, 1.2, 1.3g)을 가하기가 어렵다. 그러나, 이와 같은 크기의 중력 가속도에 상응하는 변형 곡선은 유한 요소 분석법을 통해 결정될 수 있다.In practice, it is difficult to apply more than 1 g of preload (ie 1.1, 1.2, 1.3 g) to the flexible flap. However, the deformation curve corresponding to this magnitude of acceleration of gravity can be determined through finite element analysis.

중력으로 인해 굽어진 가요성 플랩을 수학적으로 설명하기 위하여, 2차원의 유한 요소 모델이 일단부에서 모든 자유도(all degrees of freedom)로 강제되도록 형성된다. 조합되었을 때 전체 변형 곡선을 형성하는 요소 노드 비율로 빔 변형을 산출하도록 대수 방정식 세트를 푼다. 이들 점에 적합한 곡선은 곡선 방정식을 제공하고, 이 방정식은 밸브 시이트의 밀봉 릿지 만곡부를 산출하는데 사용될 수 있다.In order to mathematically explain the flexible flaps bent due to gravity, a two-dimensional finite element model is formed that is forced to all degrees of freedom at one end. Solve a set of algebraic equations to produce beam deformations at the proportion of element nodes that form the overall deformation curve when combined. Suitable curves for these points give the curve equation, which can be used to calculate the sealing ridge curve of the valve seat.

유한 요소 분석법의 다양성은 중력 가속도의 상수 크기와 방향이 가요성 플랩에 필요한 예비 하중을 발생시키도록 변화될 수 있다는 것이다. 예컨대, 가요성 플랩 무게의 10% 만큼의 예비 하중이 필요하면, 1.1g에 의해 발생된 변형 곡선이 밀봉 릿지의 측면 만곡부로서 사용될 수 있다. 방향은 수평으로 유지된 표면에 대하여 중력 가속도 벡터를 회전시키거나 중력 벡터에 대하여 상기 유지된 표면을 회전시킴으로써 변경될 수 있다. 적절한 변형 곡선은 유지 표면(46)을 수평면에 평행하게 함으로써 결정될 수 있지만, 가요성 플랩(24)의 최대 변형은 가요성 플랩(24)이 수평으로 지지될 때는 발생하지 않고, 제5도에서 도시된 바와 같이 수평선 위로 상승되어 유지되어 있고 유지 표면(46)은 25 내지 65°범위의 각도(θ)로 각져 있을 때, 발생한다는 것을 이 디자인을 유도하는 연구를 통해 알았다. 수평선에 대해 유지 표면을 특정 각도 만큼 회전시킴으로써, 만곡된 플랩에 수직인 균일한 힘을 받은 변형 곡선에 매우 근접한 변형 곡선을 산출할 수 있다는 것을 알게 되었다. 고정된 가요성 플랩의 길이에 있어서, 최상의 회전각(θ)은 중력 상수의 크기와 가요성 플랩의 두께에 종속된다. 그러나, 일반적으로, 유지 표면(46)이 약 45도 각도(θ)로 회전시켰을 때 양호한 변경 곡선이 나타날 수 있다.The variety of finite element methods is that the constant magnitude and direction of the gravitational acceleration can be varied to generate the preload required for the flexible flap. For example, if a preload of as much as 10% of the weight of the flexible flap is required, the deformation curve generated by 1.1 g can be used as the side curve of the sealing ridge. The direction can be changed by rotating the gravitational acceleration vector relative to the horizontally held surface or by rotating the held surface relative to the gravity vector. The appropriate strain curve can be determined by making the retaining surface 46 parallel to the horizontal plane, but the maximum strain of the flexible flap 24 does not occur when the flexible flap 24 is supported horizontally, as shown in FIG. As shown, it has been found in studies leading to this design that it occurs when it is held up above the horizon and the retaining surface 46 is angled at an angle θ in the range of 25 to 65 °. It has been found that by rotating the retaining surface about a horizontal angle by a certain angle, it is possible to produce a strain curve very close to the strain curve that is uniformly perpendicular to the curved flap. For the length of a fixed flexible flap, the best rotation angle [theta] depends on the magnitude of the gravity constant and the thickness of the flexible flap. In general, however, a good change curve can appear when the retaining surface 46 is rotated at an angle of about 45 degrees θ.

균일한 힘 또는 적어도 단위 중력가속도의 요소힘 중 하나에 노출된 가요성 플랩의 변형 곡선을 정의하는 수식은 다항식, 통상적으로는 적어도 3차식 이상의 다항식이다. 변형 곡선을 정의하는 특별한 다항식은 가요성 플랩의 두께, 길이, 조성 및 가해진 힘과 그 힘의 방향과 같은 변수와 관련하여 변할 수 있다.The equation defining the deformation curve of a flexible flap exposed to either a uniform force or at least a unit gravitational force is a polynomial, typically a polynomial of at least cubic or higher. The particular polynomial that defines the deformation curve can change with respect to variables such as the thickness, length, composition, and applied force of the flexible flap and the direction of that force.

호기 밸브(14)는 가요성 플랩(24)을 보호하고 오염물이 호기 밸브를 통과하는 것을 막도록 도움을 주는 밸브 덮개를 구비한다. 제6도에는, 벽(44)에 마찰 끼워 맞춤되어 호기 밸브(14)에 고정되는 밸브 덮개(50)가 도시되어 있다. 밸브 덮개(50)는 또한 초음파 용접, 접착제 또는 적절한 다른 수단에 의해 호기 밸브(14)에 고정될 수 있다. 밸브 덮개(50)는 유체가 통과하는 개구부(52)를 구비한다. 개구부(52)는 적어도 오리피스(32)의 크기인 것이 바람직하며, 오리피스(32)보다 큰 것이 더욱 바람직하다. 개구부(52)는 와류가 최소화되도록 유체 흐름(36) 경로로 밸브 덮개(50)상에 직접적으로 위치되는 것이 바람직하다. 이점에 있어서, 개구부(52)는 개폐하는 동안에 가요성 플랩(24)의 자유 단부(38)가 그리는 경로에 대략 평행하다. 가요성 플랩(24)과 마찬가지로, 밸브 덮개 개구부(52)는 착용자 안경에 김이 서리는 것을 방지하도록 유체 흐름을 하방으로 향하게 하는 것이 바람직하다. 밸브 덮개에 유체 불투과성 측벽(54)을 제공함으로써 모든 호기된 공기를 하방으로 향하게 할 수 있다. 개구부(52)는 밸브 덮개(50)에 구조적 지지 및 미관(aesthetics)을 제공하는 가로 부재(56)를 구비할 수 있다. 여러 개의 리브(58)가 구조적 지지 및 미관용으로 밸브 덮개(50)상에 제공될 수 있다. 밸브 덮개(50)는 밸브 시이트(14)의 핀(41)과 암부재(female member, 도시 안됨)가 맞물리도록 내부가 형성되어 있다. 밸브 덮개(50)는 플랩 유지 표면(flap-retaining surface, 40)에 맞대어 가요성 플랩(24)을 유지하는 표면(도시 않됨)을 또한 구비할 수 있다. 밸브 덮개(50)는 고정된 단부로부터 자유 단부까지 가요성 플랩 방향으로 높이를 증가시키는 유체 불투과성 천장(60)을 구비하는 것이 바람직하다. 천장(60)의 내부는 수분이 천정 또는 가요성 플랩상에 존재할 때 가요성 플랩의 자유단부가 천장(60)에 부착되는 것을 방지하기 위하여 립 또는 거친 형상(ribbed of coarsed pattern), 또는 분리 표면을 구비할 수 있다. 밸브 덮개 형태(50)는 미합중국 의장 출원 제29/000,382호에 충분히 도시되어 있다. 본 발명의 안면 마스크에 사용하기에 또한 적합한 다른 밸브 덮개가 의장 출원 제29/000,384호에 도시되어 있다.The exhalation valve 14 has a valve cover that protects the flexible flap 24 and helps prevent contaminants from passing through the exhalation valve. FIG. 6 shows a valve cover 50 that is friction fit to the wall 44 and is secured to the exhalation valve 14. The valve cover 50 may also be secured to the exhalation valve 14 by ultrasonic welding, adhesives or other suitable means. The valve cover 50 has an opening 52 through which the fluid passes. The opening 52 is preferably at least the size of the orifice 32, more preferably larger than the orifice 32. The opening 52 is preferably located directly on the valve cover 50 in the path of the fluid flow 36 to minimize vortices. In this regard, the opening 52 is approximately parallel to the path drawn by the free end 38 of the flexible flap 24 during opening and closing. Like the flexible flap 24, the valve cover opening 52 preferably directs the fluid flow downward to prevent the wearer's glasses from frosting. By providing a fluid impermeable sidewall 54 to the valve cover, all exhaled air can be directed downward. The opening 52 may have a transverse member 56 that provides structural support and aesthetics to the valve cover 50. Several ribs 58 may be provided on the valve cover 50 for structural support and aesthetics. The valve cover 50 is formed so that the pin 41 of the valve seat 14 and the female member (not shown) engage. The valve cover 50 may also have a surface (not shown) that holds the flexible flap 24 against the flap-retaining surface 40. The valve cover 50 preferably has a fluid impermeable ceiling 60 that increases in height in the direction of the flexible flap from the fixed end to the free end. The interior of the ceiling 60 is a ribbed or cobbed pattern, or separation surface, to prevent the free end of the flexible flap from attaching to the ceiling 60 when moisture is present on the ceiling or flexible flap. It may be provided. The valve cover form 50 is shown fully in US patent application Ser. No. 29 / 000,382. Another valve cover also suitable for use in the face mask of the present invention is shown in design application 29 / 000,384.

본 발명의 일방향 유체 밸브는 호기 밸브로서 사용하는 것으로 설명되었지만, 밸브를 다른 용도, 예컨대 천으로 만든 마스크(resporator)의 흡기 밸브 또는 외피(garmevt) 또는 정압 헬밋용 퍼지 밸브로서 사용할 수도 있다.While the one-way fluid valve of the present invention has been described for use as an exhalation valve, the valve may also be used for other purposes, such as an intake valve of a mask made of cloth or a purge valve for a garmevt or constant pressure helm.

본 발명의 장점 및 다른 특징은 다음 실시예레서 또한 설명된다. 그러나, 실시예가 이 목적을 이용하는 반면에, 선택된 재료, 사용된 양 및 다른 조건과 세부사항은 본 발명의 범위를 부당하게 한정하는 방식으로 해석하지 않아야 한다는 것을 이해하여야 한다.Advantages and other features of the present invention are also described in the following examples. However, it is to be understood that while the examples utilize this purpose, the materials selected, amounts used and other conditions and details should not be construed in a manner that unduly limits the scope of the invention.

[실시예 1](유한 요소 분석법 : 1.3g에 노출된 가요성 플랩)Example 1 (finite element analysis: flexible flap exposed to 1.3 g)

이 실시예에서, 밸브 시이트의 밀봉 릿지의 만곡부를 형성하는데 유한 요소 분석법을 사용하였다. 만국부는 1.3g에 노출된 후에 가요성 플랩의 자유부에 의해 형성된 변형 곡선과 상당하였다. 가요성 플랩은 80중량%의 폴리이소프렌, 13중량%의 산화 아연, 가소제로서 5중량%인 긴 직쇄의 지방산 에스테르, 스테아르산 및 산화 방지제를 함유하는 천연 고무 화학물로 구성되었다. 가요성 플랩은 재료 밀도가 1.08g/㎤이고, 극한 신장률이 670%이며, 극한 인장 강도가 19.1MN/㎡이며, 쇼어 경도가 35였다. 가요성 플랩은 2.4cm의 자유 스윙길이, 2.4cm의 폭, 0.43mm의 두께, 반경이 1.2cm인 둥근 자유 단부를 가졌다. 가요성 플랩의 총 길이는 2.8cm였다. 실제 형태의 3개 데이타 세트를 제공하도록 가요성 플랩에 인장 시험, 순 전단 시험(pure shear test) 및 이축 장력 시험을 하였다. 이 데이타를 엔지니어링 응력과 엔지니어링 변형률로 변환시켰다. 무니-리블린 상수는 유한 요소 아바쿠스(ABAQUS)(로드 아일랜드, 포터켓에 소재하는 히빗, 칼슨 및 소렌슨, 인코퍼레이티드사가 시판하는) 컴퓨터 프로그램을 이요하여 산출하였다. 경험적 데이타에 대해 응력/변형률의 컴퓨터 시뮬레이션을 시험한 후에, 2개의 무니-리블린 상수를 24.09와 3.398로 결정하였다. 이들 상수는 가요성 플랩 재료에 관한 시험으로부터 실제 데이터에 가장 근접한 수치적 결과를 제공하였다.In this example, finite element analysis was used to form the curvature of the sealing ridge of the valve sheet. The patch was equivalent to the strain curve formed by the free portion of the flexible flap after exposure to 1.3 g. The flexible flap consisted of a natural rubber chemical containing 80% by weight polyisoprene, 13% by weight zinc oxide, 5% by weight long straight chain fatty acid ester as a plasticizer, stearic acid and antioxidant. The flexible flap had a material density of 1.08 g / cm 3, an ultimate elongation of 670%, an ultimate tensile strength of 19.1 MN / m 2, and a Shore hardness of 35. The flexible flap had a free swing length of 2.4 cm, a width of 2.4 cm, a thickness of 0.43 mm and a round free end with a radius of 1.2 cm. The total length of the flexible flap was 2.8 cm. The flexible flap was subjected to a tensile test, a pure shear test, and a biaxial tension test to provide three data sets in real form. This data was converted into engineering stress and engineering strain. The Mooney-Riblin constant was calculated by using a finite element ABAQUS (Hibbit, Carlson and Sorenson, Rhode Island, Porterket, Inc. commercially available) computer program. After testing computer simulations of stress / strain against empirical data, two Mooney-Riblin constants were determined to be 24.09 and 3.398. These constants provided the numerical results closest to the actual data from tests on flexible flap materials.

격자점, 경계 조건 및 하붕을 나타내는 입력 변수가 선택되고, 이들 변수와 무니-리블린 상수를 아바쿠브(ABAQUS) 유한 요소 컴퓨터 프로그램에 입력하였다. 개별적인 요소의 형상 기능은 중간 측 노드와 더불어 이차방정식이 되도록 선택하였다. 중력 상수는 1/3g로 선택하였다. 최대 변형 만곡부에 대한 수평선으로부터의 회전각(θ)은 중력 벡터를 회전시킴으로써 34°가 되도록 결정하였다. 데이터의 회귀(regression)는 방정식 y=+0.052559x-2.445429x²+5.785336x³-16.625961x⁴+13.787755x⁵의하여 형성된 밸브 시이트를 위한 곡선을 제공하며, x,y는 각각, 가로 좌표와 세로 좌표이다. 곱해진 상관 계수는 0.99이며, 유한 요소 분석 데이터에 대해 이 방정식의 우수한 상관 관계를 나타내었다.Input variables representing the lattice points, boundary conditions, and lower shelf were selected, and these variables and Mooney-Riblin constants were entered into an ABAQUS finite element computer program. The shape function of the individual elements was chosen to be quadratic with the intermediate node. Gravity constant was selected to 1 / 3g. The angle of rotation θ from the horizontal line with respect to the maximum strain curve was determined to be 34 ° by rotating the gravity vector. The regression of the data provides a curve for the valve sheet formed by the equation y = + 0.052559x-2.445429x ² + 5.785336x ³ -16.625961x ⁴ + 13.787755x ⁵ , where x and y are the horizontal and vertical coordinates, respectively. Coordinates. The correlation coefficient multiplied is 0.99, which shows a good correlation of this equation with finite element analysis data.

밸브 시이트는 알루미늄을 기계 가공한 것이며, 상기 변형 곡선에 상당하는 측면 만곡부를 가진 밀봉 릿지를 구비하였다. 3.3㎠의 원형 오리피스를 밸브 시이트에 제공하였다. 가요성 플랩을 평탄한 플랩 유지 표면에 결합시켰다. 플랩유지 표면을 만곡된 밀봉 릿지에 대하여 기울어진 오리피스의 가장 가까운 부분으로부터 1.3mm이격하였다. 플랩 유지 표면은 길이가 6mm이고, 밸브 시이트를 25mm 만큼 가로질렀다. 만곡된 밀봉 릿지는 폭이 0.51mm였다. 가요성 플랩을 밸브가 어떻게 배향되든 밀봉 릿지에 부착된 관계로 유지하였다. 가요성 플랩과 밸브 시이트 사이의 밀봉부는 누설이 없다는 것을 알았다.The valve sheet was machined from aluminum and provided with a sealing ridge having side curves corresponding to the deformation curve. A circular orifice of 3.3 cm 2 was provided to the valve sheet. The flexible flap was bonded to a flat flap retention surface. The flap retention surface was spaced 1.3 mm from the nearest portion of the orifice that was inclined relative to the curved sealing ridge. The flap retaining surface was 6 mm long and traversed the valve sheet by 25 mm. The curved sealing ridge was 0.51 mm wide. The flexible flap remained attached to the sealing ridge no matter how the valve was oriented. It was found that the seal between the flexible flap and the valve seat had no leakage.

그 다음에, 이 밸브를 여는데 필요한 최소한의 힘을 결정하였다. 이것은 밸브를 유체 투과성 마스크 본체에 부착시키고, 밸브가 닫히도록 두드리고, 공기 유량의 함수로서 압력 강하를 관찰함으로써 달성되었다. 공기 흐름에 대한 압력 강하가 밸브가 닫힌 여과식 안면 마스크에 대해 얻어진 후에, 동일한 압력 강하가 밸브가 개방된 여과식 안면 마스크에 대해 실행되었다. 2세트의 데이타를 비교하였다. 2세트의 데이타가 갈라진 지점은 밸브의 초기 개방을 나타내었다. 여러번 반복한 후에, 개구의 평균 압력 강하는 1.03mmH₂O로 결정하였다. 이 압력은 오리피스내의 가요성 플랩의 면적에 의하여 밸브를 개방하는데 필요한 압력을 분할함으로써 가요성 플랩을 공중에 띄우는 힘으로 전환되었다. 오리피스내의 가요성 플랩의 면적은 3.49㎠였다. 이것은 0.0352N의 개방력을 제공하였다. 가요성 플랩의 자유 스윙부의 중량은 0.00251N이었으며, 중량 대 개방력의 비율은 1.40g의 작동 예비 하중을 제공하였다. 이 양은 선택된 중략 상수 1.3g에 가까우며, 개방하는 동안에 여분의 힘이 가요성 플랩을 굽히는데 필요한 힘이 되도록 취해질 수도 있다.Then, the minimum force needed to open this valve was determined. This was accomplished by attaching the valve to the fluid permeable mask body, tapping the valve to close, and observing the pressure drop as a function of air flow rate. After the pressure drop for the air flow was obtained for the filter face mask with the valve closed, the same pressure drop was performed for the filter face mask with the valve open. Two sets of data were compared. The split of two sets of data indicated the initial opening of the valve. After repeated several times, the average pressure drop of the opening was determined to be 1.03 mmH ₂ O. This pressure was converted to the force that lifts the flexible flap into the air by dividing the pressure needed to open the valve by the area of the flexible flap in the orifice. The area of the flexible flap in the orifice was 3.49 cm 2. This gave an opening force of 0.0352 N. The free swing portion of the flexible flap was 0.00251 N and the ratio of weight to open force provided an operating preload of 1.40 g. This amount is close to 1.3 g selected constant, and may be taken so that the extra force is needed to bend the flexible flap during opening.

[실시예 2](유한 요소 분석법 : 균일한 힘에 노출된 가요성 플랩)Example 2 (finite element analysis: flexible flap exposed to uniform force)

이 실시예에서, 가요성 플랩이 밸브 시이트의 밀봉 릿지에 균일한 힘을 가하는 밸브 시이트를 형성하는데 유한 요소 분석법을 사용하였다. 이 실시예에서 사용된 가요성 플랩은 실시예 1의 가요성 플랩과 동일하였다. 실시예 1의 아바쿠스 컴퓨터 프로그램을 유한 요소 분석법에 이용하였다. 분석법은 편차가 큰, 비선형 분석법이었다. 분석에 사용된 힘 요소를 가요성 플랩의 표면에 수직하게 유지하였다. 계산이 반복적으로 사용되었다. 즉 곡선은 상기 힘 벡터를 기초로 하여 추정되었으며, 그 곡선은 개정되었으며, 새로운 곡선이 얻어졌다. 곡선에 대해 수렴된 수치 방정식은 변형 곡선이 한 번의 반복과 다음의 반복값이 크게 변하지 않을 때 얻어졌다. 최종 만곡부는 다음의 5차, 다항식 y=0.01744x-1.26190x²+0.04768x³-1.83595x⁴+2.33781x⁵으로 표시되었으며, x와 y는 각각 가로 좌표와 세로 좌표이다.In this example, finite element analysis was used to form a valve sheet in which the flexible flap exerted a uniform force on the sealing ridge of the valve sheet. The flexible flap used in this example was the same as the flexible flap of Example 1. The Abacus computer program of Example 1 was used for finite element analysis. The method was a non-linear method with large deviations. The force element used in the analysis was kept perpendicular to the surface of the flexible flap. The calculation was used repeatedly. That is, the curve was estimated based on the force vector, the curve was revised, and a new curve was obtained. Converged numerical equations for the curve were obtained when the deformation curve did not change significantly in one iteration and the next. The final curve is represented by the following fifth order, polynomial y = 0.01744x-1.26190x ² + 0.04768x ³ -1.83595x ⁴ + 2.33781x ⁵ , where x and y are the abscissa and ordinate, respectively.

[실시예 3](유한 요소 분석법 : 1.3g에 노출된 가요성 플랩)Example 3 (finite element assay: flexible flap exposed to 1.3 g)

이 실시예에 있어서, 실시예 1과 같이, 유한 요소 분석법이 1.3g의 가속도에 노출된 가요성 플랩의 자유부의 만곡부에 상당하는 밸브 시이트의 밀봉 릿지의 만곡부를 형성하는데 사용되었다. 이 실시예는 가요성 플랩이 아리츠-옵티벨트카게사가 시판하는 합성물 330A로 제조되었다는 점에서 실시예 1과 다르다. 가요성 플랩은 재료의 밀도가 1.07g/㎤이고, 극한 신장율이 600%이상이며, 극한 인장 강도는 17MN/㎡이며, 쇼어 경도는 47.5였다. 플랩의 기하학적 형상은 실시예 1의 플랩의 기하학적 형상과 동일하였다. 고무가 실시예 1에서와 같이 동일한 시험을 거쳤을 때, 무니-리블린 상수는 53.47과 -0.9354로 결정되었다. 첫 번째 상수는 이 재료가 실시예 1의 재료보다 더 강하다는 것을 나타내며, 또한 쇼어 경도가 크다는 것을 나타낸다.In this example, as in Example 1, finite element analysis was used to form the curved portion of the sealing ridge of the valve sheet corresponding to the curved portion of the free portion of the flexible flap exposed to an acceleration of 1.3 g. This example differs from Example 1 in that the flexible flap was made from Composite 330A, commercially available from Aritz-Optibelt Kages. The flexible flap had a material density of 1.07 g / cm 3, an ultimate elongation of 600% or more, an ultimate tensile strength of 17 MN / m 2, and a Shore hardness of 47.5. The geometry of the flap was the same as that of Example 1 flap. When the rubber was subjected to the same test as in Example 1, the Mooney-Riblin constants were determined to be 53.47 and -0.9354. The first constant indicates that this material is stronger than the material of Example 1, and also indicates that the Shore hardness is large.

이 재료로 제조된 0.43mm두께의 플랩이 실시예 1의 밸브 시이트 상에 설치되었을 때, 고무는 전체 밸브 시이트 곡선을 가로질러 균일하게 밀봉하였다. 그러나, 이 재료의 큰 강성으로 인해, 개구의 압력 강하가 실시예 1의 재료보다 다소 높았다. 이 압력 강하를 낮추도록 0.38mm의 얇은 플랩을 설치하였을 때, 이 얇은 두께는 밸브 시이트를 가로 질로 균일하지 않으며, 곡선의 중앙부에서 다소 들어 올려졌다. 그러나, 플랩 유지 표면을 보다 가깝게 이동시키거나 또는 플랩 유지 표면을 얇게 만들기 위하여 실시예 1의 곡선을 다소 변경시킴으로써 플랩의 밸브 시이트를 가로질러 균일하고 누설이 없도록 놓이게 제조될 수 있었다.When a 0.43 mm thick flap made of this material was installed on the valve sheet of Example 1, the rubber was sealed evenly across the entire valve sheet curve. However, due to the large stiffness of this material, the pressure drop of the opening was somewhat higher than the material of Example 1. When a 0.38 mm thin flap was installed to lower this pressure drop, this thin thickness was not uniform across the valve seat and was lifted somewhat at the center of the curve. However, by varying the curve of Example 1 to move the flap retaining surface closer, or to make the flap retaining surface thinner, it could be made to lay uniform and leak free across the valve seat of the flap.

아바쿠스(ABAQUS) 프로그램이 실시예 1에서 이 재료에 대한 변형 곡선을 얻는데 이용되었다. 중력 상수는 변형 곡선이 가요성 플랩 중량의 30% 정도의 예비 하중을 갖도록 1.3g의 중력 가속도가 선택되었다. 이 경우에, 최대 변형 곡률에 대한 수평선으로부터의 회전각(θ)이 플랩 두께 0.38mm와 0.43mm에 대해 각각 40도와 32도가 되도록 결정되었다. 데이타의 회귀(regressions of the data)는 0.38mm 두께의 플랩에 대하여 다음의 4차, 다항식, 즉,An ABAQUS program was used to obtain strain curves for this material in Example 1. Gravity constants were selected to have a gravitational acceleration of 1.3 g so that the strain curve had a preload of about 30% of the weight of the flexible flap. In this case, the angle of rotation θ from the horizontal line for the maximum strain curvature was determined to be 40 degrees and 32 degrees, respectively, for the flap thicknesses 0.38 mm and 0.43 mm. The regressions of the data are the following quadratic, polynomial, i.e., for a 0.38 mm thick flap:

y=-0.03878x-0.91868x²-1.13096x³+1.21551x⁴를 가지며 0.43mm 두께의 플랩에 대하여는 y=-0.00287x-1.03890x²-0.19674x³+0.20014x⁴를 가지는 밸브 시이트에 대한 곡선을 제공하였으며, x와 y는 각각 가로 좌표와 세로 좌표이다. ^{^{y = -0.03878x-0.91868x 2 -1.13096x 3}} + 1.21551x 4 has a curve for the valve seat having a ^{^{y = -0.00287x-1.03890x 2 -0.19674x 3}} + 0.20014x 4 with respect to the flap of 0.43mm thickness Where x and y are the horizontal and vertical coordinates, respectively.

이들 곡선은 실시예 1의 고무에 대하여 얻은 곡선 보다 얇으며, 실시예 1의 밸브 시이트 곡선에 가해진 고무의 예비 하중이 30%이상 크다는 것을 나타낸다.These curves are thinner than the curves obtained for the rubber of Example 1, indicating that the preload of the rubber applied to the valve seat curve of Example 1 is greater than 30%.

[실시예 4-6]Example 4-6

(본 발명의 밸브와 4,934,362 특허의 밸브와의 비교)(Comparison of the valve of the present invention with the valve of the 4,934,362 patent)

실시예 4 내지 6에서, 본 발명의 호기 밸브를 4,934,362 특허의 호기 밸브와 비교하였다. 실시예 4에서, 3.2㎠의 단면적을 가지는 파이프의 개구에 호기 밸브를 위치시키고, 압력계로 압력 강하를 측정함으로써 밸브의 공기 흐름 저항력에 대하여 실시예 1의 호기 밸브를 시험하였다. 85ℓ/min의 공기가 파이프를 통과하였다. 공기 흐름 저항력을 얻기 위하여 측정된 압력 강하에 오리피스위의 가요성 플랩의 표면적을 곱하였다. 수집된 데이터는 표 1에 기재되어 있다.In Examples 4-6, the exhalation valve of the present invention was compared with the exhalation valve of the 4,934,362 patent. In Example 4, the exhalation valve of Example 1 was tested for air flow resistance of the valve by placing an exhalation valve in an opening of a pipe having a cross-sectional area of 3.2 cm 2 and measuring the pressure drop with a manometer. 85 L / min of air passed through the pipe. The pressure drop measured to obtain air flow resistance was multiplied by the surface area of the flexible flap on the orifice. The data collected are listed in Table 1.

실시예 5와 6은 4,934,362 특허의 실시예 2 및 4와 각각 일치한다. 4,934,362 특허의 실시예 2와 4에서, 플랩의 길이와 폭을 변경시켰고, 실시예 4의 동일한 노즐을 통과하는 85ℓ/ min에서의 압력 강하를 위하여 각각의 밸브를 시험하였다.Examples 5 and 6 are consistent with Examples 2 and 4 of the 4,934,362 patent, respectively. In Examples 2 and 4 of the 4,934,362 patent, the length and width of the flaps were varied and each valve was tested for a pressure drop at 85 l / min through the same nozzle of Example 4.

[표 1]TABLE 1

^*4,934,362 특허의 실시예 2 및 4와 각각 일치하는 비교 실시예.4934362 ^* Comparative Example, respectively match the Examples 2 and 4 of the patent.

표 1에서, 데이타는 본 발명(실시예 4)의 호기 밸브가 4,934,362 특허(실시예 5, 6)의 호기 밸브 보다 공기 흐름 저항력이 작다는 것을 나타낸다.In Table 1, the data indicate that the exhalation valve of the present invention (Example 4) has less air flow resistance than the exhalation valve of the 4,934,362 patent (Examples 5, 6).

[실시예 7](흡기 효과)Example 7 (Inspiratory Effect)

이 실시예에서, 정상적인 호기 시험은 본 발명의 호기 밸브가 호기하는 동안에 안면 마스크 내부에서 부압을 어떻게 발생시켰는가를 나타내는데 사용되었다.In this example, a normal exhalation test was used to show how the exhalation valve of the present invention generated negative pressure inside the face mask during exhalation.

"정상적인 호기 시험(normal exhalation test)"은 사람의 정상적인 호기를 모의 실험한 시험이다. 본 시험은 원형 개구부 또는 그 내부에 위치된 면적 1.61㎠(직경 9/16 inch)의 노즐을 구비하는 0.5cm 두께의 평탄한 금속판에 안면 마스크를 장착하는 단계를 포함한다. 여과식 안면 마스크는 노즐을 통과하는 공기 흐름이 호기 밸브를 향해 마스크 본체의 내부로 직접적으로 향하도록 (즉, 마스크 기부를 이등분하는 평면상의 일지점으로부터 호기 밸브에 이르는 가장 가깝게 이격된 직선을 따라 향한다.) 마스크 기부의 평탄한 금속판에 장착된다. 평판은 수직으로 배향된 도관에 수평으로 부착된다. 도관을 통해 보내진 공기 흐름은 노즐을 통과하여 안면 마스크의 내부로 들어간다. 노즐을 통과하는 공기의 속도는 원형 개구의 단면적으로 공기의 유량(부피/시간)을 나눔으로써 결정된다. 압력 강하는 여과식 안면 마스크의 내부에 압력계 탐침을 위치시킴으로써 결정될 수 있다.The "normal exhalation test" is a test that simulates a normal exhalation of a person. The test involves mounting a face mask on a 0.5 cm thick flat metal plate having a nozzle of 1.61 cm 2 (diameter 9/16 inch) in an area positioned within or round the opening. The filter face mask is directed along the nearest spaced straight line from one point on the plane that bisects the mask base to the exhalation valve such that the air flow through the nozzle is directed directly into the interior of the mask body towards the exhalation valve. .) It is mounted on the flat metal plate of the mask base. The plate is attached horizontally to the vertically oriented conduit. Air flow sent through the conduit passes through the nozzle and enters the interior of the face mask. The velocity of air passing through the nozzle is determined by dividing the flow rate of air (volume / hour) by the cross section of the circular opening. The pressure drop can be determined by placing a manometer probe inside the filter face mask.

실시예 1의 호기 밸브는 마스크를 착용할 때 착용자의 입이 직접적으로 맞대이게 위치되도록 3M 8810 여과식 안면 마스크에 장착하였다. 8.3m/s의 공기 흐름 속도를 제공하기 위하여 노즐을 통과하는 공기 유량을 약 80ℓ/min로 증가시켰다. 이 속도로, 안면 마스크 내부의 제로 압력 강하(zero pressure drop)를 달성하였다. 보통 사람은 입의 개구 면적에 종속하는 약 5 내지 13 m/s의 근사 공기 속도로 적당한 중노동 비율로 호기한다. 이러한 범위의 공기 속도의 많은 범위에서 부압 및 비교적 낮은 압력이 본 발명의 안면 마스크내에 제공될 수 있다.The exhalation valve of Example 1 was mounted on a 3M 8810 filtered face mask so that the wearer's mouth was directly butted when wearing the mask. The air flow rate through the nozzle was increased to about 80 l / min to provide an air flow rate of 8.3 m / s. At this rate, a zero pressure drop inside the face mask was achieved. The average person exhales at a moderate labor rate at an approximate air velocity of about 5 to 13 m / s, depending on the opening area of the mouth. In many ranges of air speeds in this range, negative pressure and relatively low pressure can be provided in the face mask of the present invention.

[실시예 8-13]Example 8-13

(본 발명의 여과식 안면 마스크-안면 마스크를 통과하는 총 공기 유량의 함수로서 호기 밸브를 통과하는 총 흐름 비율 및 압력 강하 측정)(Measure the total flow rate and pressure drop through the exhalation valve as a function of the total air flow rate through the filter face mask-face mask of the present invention)

특정 압력 강하로 총 호기 흐름의 비율로서 숨을 내쉬기 위한 호기 밸브의 효율은 착요자를 편안하게 하는 주요소이다. 실시예 7-12에서, 실시예 1의 호기 밸브는 3M 8810 여과식 안면 마스크로 시험하였으며, 80ℓ/min 흐름에 있어서 약 63.7(N/㎡)로 압력 강하한다. 호기 밸브는 마스크를 착용할 때 착용자의 입이 직접적으로 맞대이는 마스크 본체상에 위치되었다. 밸브를 통한 압력 강하는 여러 단면적을 가지는 공기 흐름 노즐을 사용하여, 실시예 7에서 설명한 바와 같이 여러 수직 유량비(vertical volume flow rate)로 측정되었다.The efficiency of an exhalation valve to exhale as a percentage of the total exhalation flow at a certain pressure drop is a key factor in making the wearer comfortable. In Examples 7-12, the exhalation valve of Example 1 was tested with a 3M 8810 filtration face mask and pressure drop to about 63.7 (N / m 2) for 80 L / min flow. The exhalation valve was positioned on the mask body with the wearer's mouth directly abutted when wearing the mask. The pressure drop through the valve was measured at various vertical volume flow rates, as described in Example 7, using air flow nozzles with different cross-sectional areas.

총 흐름 비율은 다음 방법에 의해 결정되었다. 첫째, 밸브가 정압 강하 데이터와 부압 강하 데이터와의 상호 연관 실험 데이터에 의하여 차단되는, 압력 강하(P)와 여과 매체 유량(Q_f)의 관계를 설명하는 선형 방정식을 발견하였다(압력 강하가 양, Q_f가 또한 양일 때), 개방된 밸브의 압력 강하를 특화된 호기 유량(Q_T)에서 측정하였다. 밸브만을 통과하는 흐름(Q_V)은 Q_T-Q_f로 계산하며, Q_f는 압력 강하에서 계산되었다. 밸브를 통과하는 총 호기 흐름의 비율은 100(Q_T-Q_f)/Q_T로 계산되었다. 호기시의 압력 강하가 음이면, 여과 매체를 통해 안면 마스크내로 흐르는 내부 흐름은 또한 음이 되며, 밸브 오리피스를 통해 배출되는 흐름(Q_V)이 호기 흐름(Q_T)보다 큰 상태를 제공한다. 압력 강하 및 총 흐름의 비율에 대한 데이타는 표 2에 기재되어 있다.The total flow rate was determined by the following method. First, the valve is blocked by the correlation data between the positive pressure drop data and the negative pressure drop data. A linear equation describing the relationship between P) and the filtration media flow rate (Q _f ) was found (when the pressure drop is positive and Q _f is also positive), and the pressure drop of the open valve is measured at the specified exhalation flow rate (Q _T ). It was. Flow (Q _V), which passes only the valve and is calculated as Q _T -Q _{_f,} Q _f was calculated from the pressure drop. The ratio of total exhalation flow through the valve was calculated as 100 (Q _T -Q _f ) / Q _T. If the pressure drop during exhalation is negative, the internal flow flowing into the face mask through the filtration medium is also negative, providing a state where the flow Q _V discharged through the valve orifice is greater than the exhalation flow Q _T. Data on the pressure drop and the percentage of total flow are shown in Table 2.

[표 2]TABLE 2

표 2에서, 데이타는 낮은 운동량의 공기 흐름에 대해, 공기 유량의 증가가 압력 강하(노즐 면적 18.1㎠)의 증가를 유발한다는 것을 나타낸다. 낮은 운동량의 공기 흐름은 통상적인 안면 마스크 사용에서는 드물다. 그럼에도 불구하고, 약 30ℓ/min(실시예 10-13)이상에서 총 백분율 유량은 50%이상이다. 보통 사람은 일률에 따라 약 25 내지 90ℓ/min로 호기한다. 평균적으로, 사람은 약 32ℓ/min으로 호기한다. 따라서, 본 발명의 안면 마스크는 낮은 운동량의 공기 흐름으로 착용자에게 양호한 편안함을 제공한다.In Table 2, the data show that for low momentum air flow, an increase in air flow rate causes an increase in pressure drop (nozzle area 18.1 cm 2). Low momentum air flow is rare in the use of conventional face masks. Nevertheless, the total percentage flow rate is above 50% above about 30 l / min (Examples 10-13). The average person breathes at about 25-90 l / min depending on the power. On average, a person exhales at about 32 l / min. Thus, the face mask of the present invention provides good comfort to the wearer with low momentum air flow.

높은 운동량의 공기 흐름(면적이 2.26㎠인 노즐을 이용하여 얻은)에서, 공기 흐름의 증가는 노즐 면적이 18.1㎠일 때 보다 낮은 압력 강하를 유발한다. 공기 흐름이 증가하면, 압력 강하가 최대치에 이르고 공기 흐름의 증가와 함께 감소되기 시작함으로 흡기 효과는 명확하게 된다. 호기 밸브를 통과하는 총 백분율 유량은 70%이상으로 높게 공기 흐름과 함께 증가하여, 착용자에게 보다 편안함을 제공한다.At high momentum air flows (obtained using nozzles with an area of 2.26 cm 2), the increase in air flow results in a lower pressure drop than when the nozzle area is 18.1 cm 2. As the air flow increases, the inspiratory effect becomes clear as the pressure drop reaches its maximum and begins to decrease with increasing air flow. The total percentage flow rate through the exhalation valve increases with airflow as high as 70% or more, providing more comfort to the wearer.

가장 높은 운동량 공기 흐름(면적이 0.95㎠인 노즐 사용시)에서, 압력 강하는 다소 증가하고 공기 흐름이 증가함에 따라 음의 양(negative quantity)을 감소시킨다. 이것이 호흡 효과이며, 100%보다 큰 총 유량 비율로서 표 2에 표시된다. 예컨대, 실시예 13에서, 80ℓ/min에서의 총 유량 비율은 119%이며, 총 유량의 19%는 여과 매체를 통해 안면 마스크의 내부로 배출되며 호기 밸브를 통해 배출된다.At the highest momentum air flow (using nozzles with an area of 0.95 cm 2), the pressure drop increases slightly and decreases the negative quantity as the air flow increases. This is the respiratory effect and is shown in Table 2 as a total flow rate greater than 100%. For example, in Example 13, the total flow rate ratio at 80 l / min is 119% and 19% of the total flow rate is discharged through the filtration medium into the face mask and through the exhalation valve.

당업자는 본 발명의 범위를 이탈하지 않고 본 발명에 많은 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것이 명백하다. 그러므로, 본 발명은 상기 예시한 실시예로 부당하게 한정되지 않으며, 특허 청구범위에 기재된 제한 사항 및 그 균등물에 의해서만 조정된다는 것을 이해해야만 한다.It will be apparent to those skilled in the art that many modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the invention. Therefore, it should be understood that the present invention is not unduly limited to the above-exemplified embodiments, but is only adjusted by the limitations described in the claims and their equivalents.

Claims

A flexible flap having a first portion and a second portion, the first portion being attached to a valve surface having an orifice and a seal surface having a concave curved view from the side, and fluid passing through the orifice If not, the one-way fluid valve in contact with the concave bent portion of the sealing surface, the second portion is freely raised from the sealing surface when the fluid passes through the orifice, the concave bent portion (i) the deformation curve of the predetermined length A uniform force acting at right angles to it, (ii) a force acting in the direction of gravity that is equal to the product of the mass of the second portion of the flexible flap and at least one gravitational acceleration, or (i) And a flow curve corresponding to the deformation curve exhibited by the second portion of the flexible flap when exposed to the combined force of and (ii).

The deformation curve formed by the flexible flap exposed to a uniform force that is greater than or equal to a product of the mass of the second portion of the flexible flap and at least one times the acceleration of gravity. And a one-way fluid valve.

The flexible flap of claim 1, wherein the concave curved portion is exposed to a uniform force having a magnitude within a range of a product of the mass of the second portion of the flexible flap and an acceleration of 1.1 to 1.5 g. One-way fluid valve, characterized in that it coincides with the deformation curve formed by.

The flexible flap of claim 1, wherein the concave bent portion is exposed in a force of about the same magnitude as the product of the mass of the second portion of the flexible flap and an acceleration of 1.1 to 2 g. One-way fluid valve characterized by coinciding with the deformation curve formed by the two parts.

The method of claim 4 wherein the concave curved portion is formed by the second portion of the flexible flap exposed to a force of magnitude equal to the product of the mass of the second portion of the flexible flap and the acceleration of 1.2 to 1.5 g. One-way fluid valve characterized by matching the deformation curve.

A masked face mask comprising (a) a mask body suitable for covering a person's nose and mouth, and (b) an exhalation valve attached to the mask body, wherein the exhalation valve comprises (1) (i) a fluid through which A valve sheet having an orifice capable of being formed, (ii) a concave bend located upstream of the fluid flow passing through the orifice with respect to the top and outer extremes as viewed from the side, and a sealing surface surrounding the orifice, ( 2) a first portion attached to the valve seat outside the region enclosed by the orifice and the concave curved portion of the sealing surface when the valve is in a closed state and freely lifting from the sealing surface when fluid passes through the orifice And a flexible flap having a losing second portion.

7. The concave curved portion of the valve seat according to claim 6, wherein the first portion of the flexible flap is fixed to the surface, and the second portion is not fixed and the force acts perpendicular to the deformation curve, i.e. Coincide with the deformation curve formed by the second portion of the flexible flap when exposed to a uniform force having a magnitude equal to the product of the mass of the second portion of the flexible flap and the acceleration of at least 1 g. Filtered facial mask.

8. The exhalation valve of claim 6 or 7, wherein the exhalation valve has one flexible flap having a second portion positioned below the first portion when the filtration face mask is held upright. The curved face mask, characterized in that the curved portion is formed by at least a cubic polynomial equation.

7. The filtered face mask according to claim 6, wherein when the air moves into the filter face mask at a rate of at least 9 m / s under normal exhalation testing, the filter face mask exhibits a negative pressure drop, and the negative pressure drop causes the surrounding fluid to mask through the filtration medium. Filtered face mask, characterized in that to move to the interior.